Czy dobrze jest mieć wyższą szybkość narastania? Jakie są niektóre efekty wynikające z ograniczeń szybkości zmiany?

Limity szybkości narastania spowodują zniekształcenia przy wysokiej częstotliwości i amplitudzie wyjściowej. Jeśli twój wzmacniacz ma ograniczoną szybkość narastania, wprowadzenie okresowego przebiegu (sinus, prostokąt itp.) Spowoduje coś, co wygląda trochę jak fala piłokształtna. Może to powodować powstawanie harmonicznych częstotliwości, które nie są obecne w oryginalnym sygnale, zwłaszcza gdy sygnał źródłowy jest czystą falą sinusoidalną. Ogólnie rzecz biorąc, musisz mieć wystarczająco wysoką szybkość narastania dla najwyższej częstotliwości i napięcia wyjściowego, które Twój obwód musi obsługiwać.

Tempo zmian to kolejny termin określający nachylenie. Maksymalne nachylenie fali sinusoidalnej jest równe jej amplitudzie pomnożonej przez jej częstotliwość kątową (pochodna \ $ A \ sin (2 \ pi ft) \ $ na przejściu przez zero przy \ $ t = 0 \ $ wynosi \ $ 2 \ pi f A \ $). Zatem sygnał 1 MHz przy amplitudzie 1 V (2 V od szczytu do szczytu) ma maksymalne nachylenie \ $ 2 \ pi \ times 1 \ text {V} \ times 1 \ text {MHz} = 6,28 \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $. Jeśli Twój wzmacniacz ma szybkość narastania mniejszą niż \ 6,28 $ \ text {V} / \ mu \ text {s} \ $, otrzymasz falę trójkątną, jeśli spróbujesz zmusić go do wysyłania fali sinusoidalnej 1 MHz 1 V. Zwróć uwagę, że szybkość narastania ma związek z napięciem wyjściowym wzmacniacza operacyjnego, a nie wzmocnieniem. Biorąc to pod uwagę, zwykle wpływa to bardziej na obwody o dużym wzmocnieniu, ponieważ sygnały są zwykle większe.

We wzmacniaczach operacyjnych szybkość narastania i przepustowość zwykle są ze sobą powiązane – szybkie wzmacniacze operacyjne mają zwykle duże szybkości narastania, w przeciwnym razie nie byłyby bardzo przydatne. Szybkie zmiany pozwalają wzmacniaczowi operacyjnemu przeregulowanie lub dzwonienie przy większym wychyleniu wyjściowym niż we wzmacniaczu operacyjnym o równoważnej przepustowości, ale wolniejszej szybkości narastania. Wolniejsze szybkości mogą pomóc w ograniczeniu przeregulowania i dzwonienia w wielu przypadkach. Inną rzeczą do rozważenia jest zasilacz – prąd wyjściowy musi pochodzić z Gdzieś. Wzmacniacze operacyjne o bardzo szybkiej częstotliwości narastania wymagają zasilacza o bardzo niskiej impedancji. Może to wymagać umieszczenia wielu kondensatorów o różnych wartościach bardzo blisko wzmacniacza operacyjnego – ogólnie jest to kombinacja dużej pojemności zbiorczej i małych ograniczników obejścia wysokiej częstotliwości.

Ograniczenia szybkości narastania mogą być pomocne w zmniejszaniu zawartości harmonicznych w sygnałach cyfrowych. Niektóre urządzenia mają skłonność do wytwarzania bardzo szybkich zboczy (np. FPGA), co, chociaż jest konieczne do komunikacji o dużej przepustowości, może powodować problemy z wolną komunikacją s. Szybkie krawędzie mogą łączyć się z sąsiednimi ścieżkami i mogą powodować przesłuchy i interferencje międzysymbolowe. Ograniczenie tempa zmian może to złagodzić. Transmisja danych szeregowych przez ograniczoną szerokość pasma (np. Dla łącza RF) również wykorzystuje ograniczenie szybkości narastania, aby ograniczyć szerokość pasma sygnału.

Komentarze

• Tak, ograniczone przesunięcie spowoduje zniekształcenia przy wysokich amplitudach i częstotliwości, ale myślę, że bardziej charakteryzowałoby się filtrowaniem dolnoprzepustowym niż harmonicznymi pokolenie, które potrzebowałoby jeszcze wyższych skuwek, aby stać się znaczące. Ograniczanie prędkości obrotowej służy do zapobiegania harmonicznym w liniach komunikacyjnych.
• To zależy od sygnału, o którym ' mówisz. Idealna fala sinusoidalna nie ma harmonicznych, ale fala sinusoidalna wysyłana przez wzmacniacz o ograniczonej szybkości narastania uzyska pewne harmoniczne z powodu zniekształceń. W systemach komunikacyjnych fala początkowa jest falą prostokątną, która może mieć harmoniczne do niewiarygodnie wysokich częstotliwości ze względu na nachylenie krawędzi. Ograniczanie szybkości narastania sprawia, że wygląda bardziej jak fala sinusoidalna iw rezultacie osłabia niektóre z tych harmonicznych.

Istnieje kilka problemów, które mogą wynikać z „zbyt dużej” szybkości narastania:

• Szybkość narastania koreluje luźno z przepustowością wzmacniacza operacyjnego, więc użycie wzmacniacza operacyjnego o znacznie większej szybkość narastania, niż jest to faktycznie wymagane, oznacza, że „robisz swój obwód wrażliwy na rzeczy, na które nie musi być czuły.

• Wzmacniacz operacyjny z dużą szybkością narastania jest bardziej podatny na dzwonienie . Być może będziesz musiał skompensować obwód, aby to naprawić.

• Naprawdę szybkie wzmacniacze operacyjne często nie jak praca ze wzmocnieniem jedności.

  Pojawią się niektóre arkusze danych wzmacniaczy operacyjnych i powiedzą ci o tym. Przykładem jest OPA227 i OPA228 . OPA228 jest około 4 × szybszy, ale jest stabilny tylko przy wzmocnieniach 5 lub wyższych. OPA227 ma wewnątrz nasadkę ołowiu fazowego, która ogranicza jego przepustowość, pozwalając mu być jednością -gain stabilny.

  Czasami arkusz danych wzmacniacza operacyjnego ukrywa ten fakt, na przykład w AD8397 . Arkusz danych informuje o tym „Stabilne wzmocnienie jedności” na stronie 1, ale następnie zagłębisz się w szczegóły i znajdziesz pierwszy wykres na stronie 9, który pokazuje szczytowe wartości szerokości pasma w funkcji wzmocnienia przy wzmocnieniu jedności. W praktyce oznacza to pozytywne sprzężenie zwrotne, co oznacza, że wszystko, czego potrzebujesz, to bodziec o częstotliwości szczytowej, aby mieć duże szanse na utworzenie oscylatora. Możesz otrzymać obwód, który działa dobrze na Twoim stole warsztatowym, ale nie działa w innym miejscu z powodu innego środowiska RFI.

Najbardziej interesuje Cię szybkość narastania, gdy napięcie wyjściowe jest duże. (Kilka woltów) Przy niższych amplitudach będziesz bardziej dbał o produkt GBW. Niektóre opampy podają pełną szerokość pasma mocy, BW przy maksymalnej amplitudzie wyjściowej. Na ogół będzie to określone przez szybkość narastania.

Wzmacniacze operacyjne mogą być używane do wielu celów. Ogólnie rzecz biorąc, należy mieć szybkość narastania, która jest na tyle duża, że wzmacniacz operacyjny nigdy mieć ograniczoną szybkość narastania podczas przetwarzania „ciągłego” sygnału prądu przemiennego. Z drugiej strony, jeśli wzmacniacz operacyjny będzie używany do przetwarzania nieciągłego sygnału, który reprezentuje szereg poziomów prądu stałego, sygnał wyjściowy wzmacniacza operacyjnego będzie próbkowany jakiś czas po zmianach danych wejściowych szybkość narastania, która jest powolna, ale wciąż wystarczająca, aby wyjście osiągnęło wymagany poziom przed próbkowaniem, może zmniejszyć prawdopodobieństwo przeregulowania w porównaniu z szybszą szybkością narastania.

Inny sposób patrzenia na rzeczy oznacza, że jeśli wejście do wzmacniacza operacyjnego będzie „naturalnie” wolne od przejść, które byłyby ostrzejsze niż co jest pożądane lub potrzebne na wyjściu, należy użyć wzmacniacza operacyjnego, którego szybkość narastania jest co najmniej tak szybka, jak maksymalna szybkość narastania, która zostanie zadana z wejścia. Jeśli jednak wejście może zawierać wyjątkowo ostre przejścia, a wyjście nie musi ich odtwarzać, użycie wzmacniacza z ograniczoną szybkością narastania może „za darmo” pomóc w zmniejszeniu ostrości przejść na wyjściu i dzwonienie lub inne nieprzyjemności, które może powodować taka ostrość. Użycie wzmacniacza operacyjnego z wyższą szybkością narastania niż potrzeba może zmniejszyć ilość zapewnianej pomocy.