转换速度:它是什么?(公式,单位和如何测量它)

什么是转换率

什么是转换率?

在电子器件中,转换速率被定义为最大输出速率电压每单位时间更改。它由字母S表示。转换率有助于我们识别幅度和最大输入频率适合A.运算放大器(运算放大器)使输出不会显着扭曲。

转换速率应尽可能高,以确保最大的未置换输出电压摆幅。

压摆率是确保运算放大器可以提供可靠输入的输出的关键因素。压摆率随电压变化而变化获得。因此,它通常以Unity(+1)增益条件指定。

通常通用装置可以具有10的转换速率v / \ mu s。这意味着当将大的步进输入信号施加到输入时,电子设备可以在1微秒内提供10伏的输出。

转换速率公式

转换速率的等式由

\ begin {align *} s = \ frac {dv_0} {dt} | _m_a_x_i_m_u_m \,\,volts / \ mu s \ neg {align *}

在哪里v_0.是放大器产生的输出作为时间t的函数。

转换率单位

电子电路的转换速率被定义为每单位时间电压的变化率。用于按摩速的单位是每秒伏特或v / \ mu s

如何测量转换率?

通过将步骤信号应用于输入阶段来测量转换速率op-amp.测量在输出信号幅度的10%至90%的输出时发生变化率。通常,施加的步长信号大,其约为1V。

从输出电压波形测量转换速率,如:

\ begin {aligne *}转换速率(s)= \ frac {dv_0} {dt} = \ frac {v_0 _(_ 9_0 _ \%_) -  v_0 _(_ 1_0 _ \%_)} {t_(_ 9_0 _ \%_) -  t_(_1_0 _ \%_)} \结束{align *}

可以通过使用衡量转换速率示波器A.功能发生器

用于转换速率测量的电路如下图所示。

转换速率测量电路
摆速测量电路

输入和转换有限输出电压波形如下图所示。

输入和旋转限压输出电压波形
输入和转换有限输出电压波形

运算放大器的转换率

转换速率决定了OP-AMP快速改变输出的能力,因此它决定了给定OP-AMP的操作的最高频率。

OP-AMP的转换速率可以限制电路的性能,如果超过其限制,它会扭曲输出波形。

由于电路配置,OP-AMPS可能具有不同的转换和负转换的速率。

转换速率应理想地无限,几乎尽可能高。转换率IC 741 OP-AMP只有0.5v / \ mu s这是它的主要缺点。因此,它不能用于高频应用。

放大器中的压摆率限制

OP-AMP输入阶段的高增益:

现代运算放大器使用具有跨电传导特性的高增益差分输入阶段。这意味着放大器在输入级处采用差分输入电压,并在输出级产生输出电流。请注意,跨导是转移的电法,也称为相互电导,它是电特性,并且被定义为通过设备输出的电流在设备的输入上的电压。在数学上表达它g_m = \ frac {i_o_u_t} {v_i_n}

该放大器的这种传导电导通常非常高,也在此,产生放大器的大开环增益。这意味着小输入电压可以使输入级饱和。在这种饱和条件下,阶段产生近似恒定的输出当前的并充当常数目前的来源。在这种情况下,在放大器的输出时发生变化率严重限制。这限制了OP-AMP的转换速率。

OP-AMP第二阶段的频率补偿:

提供稳定性,频率在所有OP-AMPS中使用补偿以降低高频响应对转换速率有相当大的影响。减小的频率响应限制了放大器输出处发生的变化率,因此它影响了OP-AMP的转换率。

现在,OP-AMP的第二阶段的频率补偿是低通特性,它类似于积分商。因此,恒流输入将产生线性增加的输出。如果第二阶段有有效的输入电容C.和电压增益a2,然后可以表达转换速率

\ begin {aligne *}转换速率(s)= \ frac {i_c_o_n_s_t_a_n_t} {c} a_2 \ neg {align *}

在哪里我持续的是第一阶段的恒定电流饱和

旋转限制电路
旋转限制电路

温度:

转换速率是温度依赖性参数。当信号上升时,发生正面转换速率,并且当信号下降时发生负转换速率。通常,放大器的转换速率随着温度的增加而增加。

转换率VS带宽

转换率

压摆率是放大器可以响应输入水平突然变化的最大速率。转换速率可以扭曲(或限制)由OP-AMP放大的任何信号。

正弦输入信号乘以OP-AMP的增益,其斜率高于OP-AMP的转换速率。因此,输出波形将是直线而不是弯曲部分正弦。这种效果是非线性的。因此,回转可以修改或扭曲信号的形状。

带宽

放大器的带宽或功率带宽是在OP-AMP的传递函数中,所有信号频率在其上放大的频率范围是op-amp导致的转移功能中的磁极。低通滤波器行为即,信号的幅度随着频率的增加而减小,并且发生相移。这种效果是线性的,它们不会产生输出信号的失真。

OP-AMP的带宽应尽可能大。它应该能够从零频率放大信号。因此,OP-AMP的增益应该从0频率恒定到无限频率。带宽在赫兹表示。

压摆率和全功率带宽之间的关系

假设输入信号v_s.是一个正弦波,我们可以获得放大器产生未损坏输出的最大频率的值。

(1)\ begin {arearation *} v_s = v_m sin \ oomega t \ end {等式*}

现在,为了一个团结的收益非反相放大器,输出完全等于输入。

\ begin {align *} v_0 = v_m sin \ oomega t \ neg {align *}

将上面的等式区分开,我们得到的两侧,

\ begin {aligne *} \ frac {dv_0} {dt} = \ frac {d} {dt} v_m sin \ oomega t \ nod {alight *}

(2)\ begin {arearation *} \ frac {dv_0} {dt} = \ oomega v_m cos \ oomega t \ end {等式*}

现在,\ frac {dv_0} {dt}将是最大的何时Cos \ Omegat = 1(即\ omega t = 0 ^ 0)和最大值\ frac {dv_0} {dt}只不过是转换率S.进入等式(2)我们得到,

(3)\ begin {arequation *} s = \ frac {dv_0} {dt} | _m_a_x_i_m_u_m = \ oomga v_m = 2 \ pi f_m v_m \,\,v / sec \ end {arequation *}

在哪里,调频= Hz中的最大信号频率

v_m.=信号的最大峰值电压

重新排列等式(3)中的术语,我们得到

(4)\ begin {arearation *} f_m = \ frac {s} {2 \ pi v_m} \ neg {arequation *}

上述等式表示峰值到峰值输出电压摆动等于DC输出电压范围的最高频率。换句话说,它是最大频率调频放大器为此产生不损坏的输出。它被称为全功率带宽。它有时也被描述为超级速率限制带宽

旋转速率计算

需要操作放大器以在20kHz的频率下放大具有5伏的峰值电压的信号。找出转换速度。

给定数据:v_m = 5volts.f_m = 20khz.

\ begin {align *} \ begin {split}&s = 2 \ pi f_m v_m \\&= 2 * 3.14 * 20 * 10 ^ 3 * 5 \\&= 628 * 10 ^ 3 \\&s = 628000 v / s\,\或\,\,0.628 v / \ mu s \ neg {split} \ neg {align *}

压摆率的应用

一些转换率的应用包括:

  • 在乐器中,弹簧电路用于从一个音符向另一个音符提供滑块(也称为滑行或滞后)。
  • 使用旋转电路在一段时间内缓慢地转换到不同的值。
  • 在某些电子应用中,需要速度并且输出需要在一段时间内更换,使用软件生成的转换功能或转换电路。
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