运算放大器输出正弦波变成三角波？原来是压摆率的锅，那如何用压摆率做好运放选型？1000字讲清楚

原创硬件那点事儿 2025-01-11 08:05

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Part 01

前言

运算放大器的压摆率又叫Slew Rate，它是指运算放大器输出信号在单位时间内的最大变化率，通常以V/μs（伏每微秒）为单位。具体来说，压摆率描述了运放在响应输入信号变化时，输出电压的变化速率上限。换句话说，压摆率越高，运算放大器能够在更短时间内跟随输入信号的变化，而不会出现失真或饱和。

Δ𝑉out：是输出电压的变化量。

Δt：是输出电压变化所需的时间。

压摆率的定义很简单，那我们在设计运算放大器电路时，这个参数有什么用？如何用这个参数呢？

Part 02

如何使用压摆率？

对于一个正弦信号：

其中:

A是输出信号的峰值电压。

f是信号的频率。

我们对正弦信号求导，那么输出信号的瞬时变化率为其时间导数：

输出信号的瞬时变化率什么时候最大呢？最大变化率出现在cos(2πft）=1 时:

根据压摆率定义，运放的最大变化率不能超过其压摆率（SR）：

从而可得满功率带宽：

这样我们通过压摆率可以得到一个关于运放的带宽的重要参数：满功率带宽。满功率带宽指的是运放在输出满幅（最大输出电压）时能够处理的最大输入信号频率，单位为Hz。那么问题来了，我们之前的文章介绍过可以通过增益带宽积来评估运放的带宽，那满功率带宽这一概念有什么用呢？

满功率带宽描述了运放的动态响应性能，更多关注大信号条件下的输出特性，受到压摆率的直接限制。增益带宽积描述了运放的频率响应能力，适用于小信号条件下的频域分析，与运放的开环增益特性直接相关。一般来说如果信号的变化幅度小于100mV，我们才能使用增益带宽积来评估运算放大器的带宽，超过100mV的幅值范围时，我们需要使用满功率带宽来评估运算放大器的带宽。

这下你应该知道了应该拿压摆率这一参数来干嘛了吧，也就是求解运算放大器的满功率带宽用的。