請問運算放大器Slew Rate指標在系統應用中有何意義呢？

在電子電路領域，特別是在模擬電路和數字電路的設計與分析中，Slew Rate（壓擺率，簡稱 SR）是一個關鍵的參數。它不僅衡量了電路輸出信號跟隨輸入信號變化的快速程度，也是評價電路性能的一個重要指標。

本文將對 SR 的定義及其在系統應用中的意義和測試方法進行詳細解析。同時，還將探討影響 SR 的因素，以及如何在實際應用中合理選擇電路元件，確保電路性能達到預期水平。

SR 定義，單位，表達式

壓擺率（Slew Rate，簡稱 SR）是電子電路中的關鍵參數，它描述了信號變化的速度和精度。SR 衡量的是在給定時間內，輸出信號能夠跟隨輸入信號變化的最大速率。

在單位方面，壓擺率通常用伏特每微秒 (V/μs)、伏特每毫秒 (V/ms) 或伏特每秒 (V/s) 來表示。

（1）

SR 的意義及測試方法

在模擬電路中，壓擺率是評估電路性能和穩定性的重要指標。由于運放處理的信號往往具有較大的幅值，因此關注運放的壓擺率至關重要。壓擺率可以理解為運放輸入階躍信號時，輸出信號的最大變化速度。

如圖 1 所示，計算壓擺率時，通常測量輸出信號從 10% 到 90% 的電壓變化量并除以這一時間段。

（1）

圖 1. 輸出信號從 10% 到 90%

的電壓變化示意圖

壓擺率對電路性能有直接影響，因為它決定了電路輸出信號跟隨輸入信號的能力。在電路設計中，必須確保輸出信號的變化速率不超過運放的壓擺率，以避免信號失真。例如，對于一個正弦波信號，其過零點的變化速率必須小于運放的壓擺率，否則輸出信號會發生失真，原先正弦波信號就變成了三角波信號。對于大輸出信號而言，如果 SR 過小，會導致高頻輸出幅值受到限制。

對一個正弦波來說，其最大變化速率發生在過零點處，且與信號幅度、頻率有關。

如圖 2 所示，該正弦信號是運放的輸入信號，假設該正弦信號的幅度為 Vp，頻率為 f，該正弦信號的表達式為：Vin(t) = Vp x sinωt = Vp x sin(2πf x t)，過零點變化速率為 dv/dt。

圖 2.輸入信號示意圖

對于單位增益跟隨器而言，輸出信號應為：

（2）

其斜率為(對其求導)：

（3）

所以其斜率最大值(過零點斜率)：

（4）

當我們要想輸出不失真的正弦波時，則運放的壓擺率必須大于正弦波過零點變化速率。即：SR>2πf x Vp。

必易微 KS11062

以必易微 KS11062 芯片為例，該芯片是一款低壓、低功耗的 11MHz 帶寬軌到軌運放。按照圖 3 所示的電路測試其壓擺率時，使用信號發生器輸入一個幅度為 ±2V、頻率為 10kHz 的方波信號，并通過示波器測量輸出波形。

圖 3. SR 測試電路示意圖

圖 4. 運放的輸入/輸出信號的測試波形

測試結果如圖 4 所示，在 248ns 內，電壓變化量為 3.228V，計算得到 SR 為 13.02V/μs，與表 1 中的 13V/μs 相符。

表 1.SR 參數指標

下面我們再進行一系列測試來展示不同頻率信號下 KS11062 輸出波形的變化：

情況 1

信號所需 dv/dt 遠大于運放 SR

輸入信號波形為 2MHz，根據計算運放所需 dv/dt=2π x f x Vp=8πV/μs=25.12V/μs。測試波形如圖 5 所示，運放輸出已經嚴重失真了，而且輸出高電平達不到 VOH。

圖 5. 當 dv/dt 大于

運放 SR 的測試波形

情況 2

信號所需 dv/dt 約等于運放 SR

輸入信號波形為 1MHz，dv/dt=2π x f x Vp=4πV/μs=12.56V/μs，dv/dt 接近 SR。波形如圖 6 所示，運放可以正常輸出高電平和低電平，但由于輸入信號頻率較大，而運放壓擺率有限，輸出有些失真。

圖 6. 當 dv/dt 接近運放 SR 的測試波形

情況 3

信號所需 dv/dt 小于運放 SR

輸入信號波形為 100kHz 時，dv/dt=2π x f x Vp=0.4πV/μs=1.256V/μs，波形如圖 7 所示，運放的輸出沒有失真。

圖 7.當 dv/dt 小于運放 SR 的測試波形

所以我們實際使用中，需要根據具體的應用場景和要求來確定合適的壓擺率，選擇合適的芯片。

SR 的影響因素

圖 8.運放的內部結構示意圖

如圖 8 所示，壓擺率受運放內部結構的影響，特別是第二級的密勒 Cc 電容。這個電容不僅影響運放的帶寬，也是決定壓擺率的關鍵因素。電容的大小和充電電流的大小都會影響充電速度，進而影響壓擺率。因此，超低功耗的運放通常壓擺率較低。

由上文可知，當我們要想輸出完美的正弦波，則運放的壓擺率必須大于正弦波過零點變化速率。即：SR>dv/dt=2π x f x Vp，所以 FPBW=f

SR 與帶寬 (FPBW) 的關系是：SR 越高，帶寬越高，但靜態電流也越大。在選擇運放時，需要根據電路的應用場景和要求來確定合適的壓擺率。高速、高精度的模擬電路通常需要更高的壓擺率，但同時也要考慮成本和功耗。

如表 2 所示，是必易微推出的多款放大器參數指標：

表 2. 必易微放大器選型表

總結

壓擺率是電路設計中的關鍵參數，它直接影響到信號的準確性和電路的穩定性。在設計和選擇模擬電路時，應根據具體應用需求來確定合適的壓擺率，平衡性能和成本。過低的壓擺率會導致信號失真，而過高的壓擺率可能會增加功耗和成本。

必易微 KS11062 除了優越的 SR 性能外，還具有 Vos 低，溫漂小，高 CMRR 和 PSRR 等優異的性能指標，可以滿足白電，掃地機，光伏，工業自動化，電池化成等應用的需求。同時必易微可為客戶提供多種規格產品解決方案以滿足不同應用需求。

審核編輯：劉清