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放大器壓擺率詳解與應(yīng)用
一、壓擺率的含義
壓擺率，也稱為轉(zhuǎn)換速率，是放大器輸出電壓在單位時(shí)間內(nèi)所能變化的比較大速率，單位為V/μs。當(dāng)輸入一個(gè)大幅值的高頻信號(hào)時(shí)，如果信號(hào)變化的理論速度超過了運(yùn)放的壓擺率，輸出波形就會(huì)失真。正弦波會(huì)變成三角波，方波會(huì)變成梯形波。
計(jì)算公式：對(duì)于正弦波，要避免壓擺率失真，需要滿足：壓擺率 SR ≥ 2πfVp對(duì)于方波，壓擺率應(yīng)滿足SR ≥ ΔV / Δt，其中ΔV是電壓變化量，Δt是上升或下降時(shí)間。
二、如何選擇適合的壓擺率的放大器
選擇壓擺率的重要原則是：確保運(yùn)放的壓擺率高于應(yīng)用中信號(hào)可能出現(xiàn)的最大電壓變化速率。
1、確定Vp和f_max（或t_r上升時(shí)間）；
2、計(jì)算 SR_min ；
3、除了壓擺率，還需確認(rèn)放大器的增益帶寬積是否滿足信號(hào)頻率要求，避免小信號(hào)時(shí)因帶寬不足導(dǎo)致失真；
4、檢查其他參數(shù)，如輸出電壓和電流范圍、負(fù)載上限等。舉例：假設(shè)需要生成一個(gè)0V到200V的脈沖，并要求上升時(shí)間t_r 小于 1μs。SR_min≥200 V / 1 × 10^-6 s = 200 V/μs在這種情況下，需要一個(gè)壓擺率高于 200 V/μs的放大器。為了確保達(dá)到要求，通常會(huì)選擇比計(jì)算值高20%-50%的型號(hào)。
此外，還需復(fù)核放大器的增益帶寬積是否滿足小信號(hào)頻率要求。
三、如何測(cè)量檢驗(yàn)
1、將高壓放大器設(shè)置為所需的增益（例如20倍）。將其輸入端連接到信號(hào)發(fā)生器的方波輸出。將放大器的輸出端連接到示波器的一個(gè)通道，并且應(yīng)使用高帶寬示波器和探頭，避免測(cè)量系統(tǒng)本身引入的誤差。
2、施加一個(gè)大幅值方波信號(hào)輸入，輸出方波幅度應(yīng)接近放大器最大允許值。（例如若比較大輸出為170Vpp，則測(cè)試幅值應(yīng)達(dá)到160Vpp以上），輸入頻率不宜過高，通常1kHz-10kHz范圍內(nèi)。
3、測(cè)量與計(jì)算
在示波器上捕獲輸出的方波波形。使用示波器的光標(biāo)功能，測(cè)量輸出電壓變化速度較快的一段所經(jīng)歷的時(shí)間 Δt，一般比較大變化速率發(fā)生在過零點(diǎn)，測(cè)量這期間電壓的變化量ΔV。
例如在下面168Vpp的方波截取中間一段，測(cè)得11.5/4.04ns≈2.8kV/us。
四、應(yīng)用
在實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，有時(shí)高壓放大器連接容性負(fù)載時(shí)，壓擺率會(huì)產(chǎn)生變化，其根本原因在于電流限制。若負(fù)載所需電流大于放大器的比較大輸出電流，那么會(huì)導(dǎo)致輸出波形失真、產(chǎn)生震蕩等情況。
連接容性負(fù)載不會(huì)改變放大器本身的理論壓擺率，但會(huì)嚴(yán)重限制其實(shí)際能達(dá)到的輸出壓擺率。較終的實(shí)際輸出壓擺率由放大器的輸出電流能力和容性負(fù)載的大小共同決定。驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載公式：Ip= C * dV/dt = C_load * SR。
如果根據(jù)公式計(jì)算出負(fù)載所需電流小于放大器的比較大輸出電流，那么放大器可以正常工作，實(shí)際壓擺率等于其理論壓擺率。但是，如果容性負(fù)載 C_load很大，或者理論壓擺率SR很高，導(dǎo)致 C_load * SR理論>Imax。此時(shí)，輸出電流被鉗位在Imax。當(dāng)電流被限制后，實(shí)際能達(dá)到的輸出壓擺率就變成了：SR實(shí)際=Imax/C_load。
舉例：品致HA-4001其壓擺率為40V/us，輸出比較大交流峰值電流=1.4Ap，驅(qū)動(dòng)10nf時(shí)，根據(jù)公式I=CSR=10nF40V/μs=0.4A即驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載所需較小電流為0.4Ap，遠(yuǎn)小于1.4Ap，故驅(qū)動(dòng)實(shí)際壓擺率為40V/us。
因此，在驅(qū)動(dòng)大容性負(fù)載時(shí)，不僅要看壓擺率，更要關(guān)注其輸出電流能力，選擇輸出電流適合的放大器。
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