Viteza de răspuns

Efectul ratei de rotire pe o undă pătrată: semnalul de intrare este indicat în roșu, iar semnalul de ieșire în verde

Viteza de răspuns , sau viteza de rotire , este o mărime electrică care indică viteza, exprimată în volți pe unitate de timp, cu care un dispozitiv electronic sau un circuit, stimulat la intrarea sa, de un impuls de tensiune, este capabil să reacționeze. , de la minim la maxim, este conținut într-un timp foarte scurt. Excitațiile de acest fel ar da naștere în mod ideal semnalelor de ieșire care variază prea rapid pentru a fi reproduse eficient: de fapt, orice aparat fizic este capabil să furnizeze numai curenți finite și, prin urmare, nu poate face altceva decât să se limiteze la generarea de variații de tensiune care nu depășesc o anumită cantitate, viteza de răspuns σ de fapt. Se exprimă în volți pe microsecundă .

Amplificator operațional

Dacă un amplificator operațional este stimulat de un impuls, de exemplu de o undă pătrată , curentul livrat de etapa diferențială se va satura la o valoare finită, iar tensiunea de ieșire va varia liniar cu o pantă finită egală cu σ: vezi în acest sens cifra. Rata de rotire a unui amplificator operațional este definită ca rata maximă de schimbare a răspunsului la toate semnalele de intrare posibile

\sigma =\max \left|{\frac {\partial v_{\mathrm {out} }\left(t\right)}{\partial t}}\right|

{\ displaystyle \ sigma = \ max \ left | {\ frac {\ partial v _ {\ mathrm {out}} \ left (t \ right)} {\ partial t}} \ right |}

{\ displaystyle \ sigma = \ max \ left | {\ frac {\ partial v _ {\ mathrm {out}} \ left (t \ right)} {\ partial t}} \ right |}

unde este

v_{\mathrm {out} }\left(t\right)

{\ displaystyle v _ {\ mathrm {out}} \ left (t \ right)}

{\ displaystyle v _ {\ mathrm {out}} \ left (t \ right)}

este tensiunea produsă de amplificator în funcție de timpul t .

Detalii tehnice

Faptul că curentul generat trebuie să se satureze este legat de structura stadiului diferențial. Are două noduri de intrare care pot fi, de exemplu, contactele de bază ale unei perechi de tranzistoare bipolare ^[1] : atunci când tensiunea de intrare este suficient de mare, în practică mai mare decât o tensiune de aprindere 4V _T , unul dintre cele două intră puternic conducerea și interzice celuilalt care, prin urmare, rămâne „uscat”. În acel moment, curentul livrat de etapa de intrare coincide cu valoarea maximă posibilă I (legată de sursa de alimentare și mecanismele de reglare internă) și este injectat în etapa de câștig . Deoarece acesta din urmă este compensat în mod normal prin introducerea unui condensator C între nodul de intrare și nodul de ieșire, deja la frecvențe nu prea mari aproape tot curentul provenit din etapa anterioară contribuie la încărcarea capacității ^[2] , dând astfel ca răspuns o tensiune rampa cu panta egala cu rata de rotire

\sigma ={\frac {I}{C}}=PGB\cdot 4V_{T}

{\ displaystyle \ sigma = {\ frac {I} {C}} = PGB \ cdot 4V_ {T}}

{\ displaystyle \ sigma = {\ frac {I} {C}} = PGB \ cdot 4V_ {T}}

ultima expresie este valabilă dacă amplificarea stadiului de câștig este mult mai mare decât cea a unității și are avantajul de a face să intervină doar parametri accesibili: produsul câștigului benzii PGB și tensiunea 4V _T , care depinde exclusiv de temperatura . De asemenea, face posibilă identificarea în produsul de câștig de bandă a singurului termen pe care se poate interveni pentru a îmbunătăți rata de rotire.

Închiderea feedback-ului

În timp ce un amplificator compensat cu buclă deschisă se comportă ca un integrator, lățimea sa de bandă crește dramatic în buclă închisă. Aceasta nu înseamnă că rata de rotire este eliminată: mai degrabă decât distorsionarea semnalelor puternice, va acționa asupra semnalelor care se schimbă rapid. În orice caz, sistemul nu va putea oferi ieșirii o pantă care depășește σ ; la limită, toate semnalele care se încadrează în limitele impuse de rata de rotație pot fi reproduse fidel. De exemplu, să luăm în considerare un amplificator cu feedback în așa fel încât să se comporte ca un adept de tensiune : deoarece dispozitivul cu buclă deschisă se comportă în esență ca un integrator, la bornele de acces trebuie să apară o tensiune proporțională cu variația semnalului de intrare. Exact

{\frac {1}{PGB}}{\frac {\partial v_{\mathrm {in} }\left(t\right)}{\partial t}}

{\ displaystyle {\ frac {1} {PGB}} {\ frac {\ partial v _ {\ mathrm {in}} \ left (t \ right)} {\ partial t}}}

{\ displaystyle {\ frac {1} {PGB}} {\ frac {\ partial v _ {\ mathrm {in}} \ left (t \ right)} {\ partial t}}}

va exista o rată de rotire, iar semnalul de ieșire va varia liniar cu o pantă egală cu σ , atunci când această cantitate depășește 4V _T , adică atunci când intrarea variază mai rapid decât rata de rotație. În caz contrar, limitele dinamice sunt respectate, iar semnalul de intrare este reprodus la ieșire fără distorsiuni.

Măsurare

Dacă doriți să măsurați experimental rata de rotire a unui dispozitiv, puteți utiliza un generator de semnal „undă pătrată” și un osciloscop ; aceste instrumente trebuie să fie conectate respectiv la terminalele de acces și la terminalele de retragere. Marginea ascendentă a valului pătrat va forța sistemul să intre în ritmul de rotație. Pe osciloscop, care compară intrarea cu ieșirea, ar trebui să apară tranziția nivelului de solicitare și rampa de răspuns. Dacă nu se observă acest lucru, înseamnă că excitația nu este suficient de rapidă pentru a observa rata de rotire a circuitului: în acest caz, este necesar fie să creșteți intensitatea, fie să reduceți timpul de creștere al undei pătrate. Odată ce se obține un rezultat satisfăcător, rata de rotire poate fi calculată în mod trivial prin derivarea pantei rampei de ieșire.

Probleme

Rata de rotire este o sursă de distorsiune neliniară în corespondență cu marginile abrupte ale intrării, deoarece acestea nu pot fi reproduse la ieșire: fenomenul este deosebit de dăunător în aplicațiile analogice , de exemplu în domeniul fidelității ridicate . În echipamentele digitale , dispozitivele afectate de rata de rotire introduc întârzieri de propagare și, prin urmare, pot da naștere, dacă sunt introduse în rețele secvențiale asincrone, la alee .

Notă

^ Amplificatoarele FET sunt mai puțin afectate de fenomenul de rotație
^ Ca o consecință a așa - numitului efect Miller

Bibliografie

Jacob Millman și Arvin Grabel. Microelectronică . McGraw-Hill, 1995. ISBN 88-386-0678-1
Adel Sedra și Kenneth Smith. Circuite pentru microelectronică . Edises, 2005. ISBN 88-7959-328-5

Elemente conexe

Amplificator (electronice)

Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie

[1] Amplificatoarele FET sunt mai puțin afectate de fenomenul de rotație

[2] Ca o consecință a așa - numitului efect Miller

[1]

[2]