OP AMP SLEWレート：作業とそのアプリケーション

動作アンプ（OP AMP）のスリーレートは、出力電圧が急速に変化する入力信号に応じてどれだけ速く変化できるかです。OP AMPが歪みのない高速信号を処理し、さまざまな電子アプリケーションで信号を明確かつ正確に保つことができるため、重要です。このレートは、マイクロ秒あたりのボルト（v/µs）で測定され、高周波信号または入力に迅速な変更があります。

この記事では、周波数補償、出力段階のセットアップ、内部静電容量など、アンプのさまざまな設計選択が、OP-AMPがどのように機能するかを詳細に検討します。また、スルーレートと帯域幅のバランスについても説明し、異なるアンプを比較して、特定の用途に適したアンプを選択するのに役立ちます。

カタログ

図1：スルーレート測定回路

運用アンプのスルーレートに影響する要因

いくつかの要素はこのレートに影響を与え、Op-ampの全体的なパフォーマンスに影響を与えます。

周波数補償 さまざまな条件下でオペアンプを安定させるために重要です。補償コンデンサやフィードバックループなどの内部部品を使用して、高周波数での振動などの問題を回避することが含まれます。ただし、これらの部分は、OP-AMPが入力信号の高速な変化にどれだけ速く応答できるかを遅くし、スルーレートを制限します。したがって、彼らは安定性に役立ちますが、突然の変化に反応する際のOp-ampの速度も低下します。

図2：Op-ampの周波数補償

出力段階の設計 OP-AMPでは、スルーレートに影響を与えるもう1つの主な要因があります。この段階には、出力トランジスタや回路などのコンポーネントが含まれており、負荷を駆動する現在のニーズを提供します。これらの部品のサイズと設計は、スルーレートに直接影響する接続されたコンデンサを充電または排出するために供給できる電流の量を決定します。たとえば、より大きいトランジスタはより電流を提供できるため、出力電圧がより速く変化します。同様に、電流を高める回路は、OP-ampが突然の入力の変化に対してより速く応答するのに役立ち、スルー率を改善します。

図3：OP-AMP出力ステージ設計

Op-ampの内部では、デバイスが動作するにつれて、異なるコンデンサが保存およびリリース充電を保存します。 内部静電容量の総量 フィードバックおよび補償ネットワークでは、スルーレートに影響します。この静電容量は、OP-AMPが充電および放電の速さを制御し、出力が入力の変更に従う速度に影響を与えます。 ゲイン帯域幅製品（GBP） OF OP-AMPは、出力が入力信号に迅速に従うことができる速度に制限を設定しますが、まだ正確です。GBPが高いということは、OP-ampが精度を失うことなくより高い周波数を処理できることを意味し、より良いスルーレートにつながります。

図4：Op-ampゲイン帯域幅

運用アンプのスルーレートの歪み

図5：スルーレート

Op-ampのスルーレートを超えると、特に正弦波で出力信号の歪みが明らかになります。正弦波が滑らかに上昇して落ち、最速の変化はゼロ交差点で起こります。正弦波の周波数または強度がオペアンプに対して高すぎる場合、出力は入った滑らかな正弦波のようには見えません。代わりに、オペアンプが変化できないため出力は三角形に変わります入力に追いつくのに十分な速さで出力されます。

この三角出力は、スルーレートの歪みと呼ばれるものの明確な兆候です。このタイプの歪みは、波形の形状を変えるだけでなく、回路の他の部分を台無しにすることができる不要な周波数を導入するため、問題です。この状況は、OP-AMPが入力信号の迅速な変更とどのように闘うことができるかを明確に示しています。

スルーレートの歪みを防ぐには、アプリケーションで予想される最速の電圧変化よりも高いスルーレートでオペアンプを選択することが重要です。信号の強度と速度の両方を考えて、適切なスルーレートを把握してください。このようにして、Op-ampは出力を台無しにすることなく、迅速な変更を処理できます。

図6：スルーレートの歪み

必要なスルーレートを計算します

必要なスルーレートの計算に使用される式は次のとおりです。

この式で：

• 増幅する信号の最も高い周波数です（Hertz、Hzで測定）。

• その信号のピーク電圧（Volts、Vで測定）です。

5Vのピーク電圧と25kHzの周波数を持つ信号を増幅したいとしましょう。次のように、スルーレートを計算します。

これらの値を掛けると、次のようになります。

最後に、計算されたスルーレートを使用する予定のオペアンプの仕様と比較します。OP-AMPのスルーレートは、歪みのない動作を確保するために、計算値と少なくとも同じ高さでなければなりません。

図7：スルーレート式

これが別の例です。次の特性で正弦波信号を駆動する必要があると想像してください。

•ピーク間電圧：5V

•最大周波数：1 MHz（1秒あたり100万サイクル）

私たちの目標は、OP AMPが歪みなしにこの信号を処理するために必要な最小スルーレートを計算することです。

5Vピーク間信号の値を分解するには、最初にピーク電圧を計算します。ピーク電圧は、ピーク間電圧の半分です。ピーク間値が5Vの信号の場合、ピーク電圧（）式で計算されるように、2.5Vになります。

さらに、最大周波数（）は1 MHzとして提供されます。

SLEWレート（SR）は、OP AMPの出力がどれだけ速く変化するかを測定する尺度です。歪みを避けるために、スルーレートは信号に追いつくのに十分な速さでなければなりません。スルーレートを計算する式は次のとおりです。

値を式に挿入しましょう。

これは、次のことを簡素化します

したがって、OP AMPが歪みのない1 MHz周波数で5Vピーク間信号を処理できるようにするには、少なくとも15.7 V/μsのスルーレートが必要です。

スルーレート対帯域幅

高周波信号を処理する能力には、運用アンプのスルーレートと帯域幅の間の接続が必要です。スルーレートが高いと、出力電圧がより迅速に変化し、場合によってはアンプの帯域幅を改善できます。ただし、高速スルーレートだけでも、広い帯域幅は保証されません。帯域幅は、OP AMPの内部補償や内部段階の設計などの要因によっても制限されます。これらの制約は、スルーレートと帯域幅の両方が重要であるが、互いに直接同等ではなく、両方を最適なパフォーマンスのために考慮する必要があることを強調しています。

回路を設計するときは、特定のアプリケーションの要件に合わせて、スルーレートと帯域幅のバランスを慎重にバランスさせる必要があります。スルーレートが低すぎる場合、帯域幅で十分と思われる場合でも、アンプは急速に変化するシグナルを歪める可能性があります。逆に、帯域幅が限られているアンプは、そのスルーレートに関係なく、高周波信号を正確に増幅するのに苦労します。この相互依存性は、信号の完全性の問題を防ぐために、両方の要因を一緒に評価する必要があることを意味します。

運用アンプを選択するには、スルーレートと帯域幅の両方を一緒に考慮する必要があります。選択したOP AMPは、信号の歪みや損失などの問題を回避するために、入力信号の完全な動的範囲と周波数スペクトルを処理できる必要があります。

図8：帯域幅とスルーレート

異なるアンプのスリーレート

運用 増幅器	スルーレート（タイプ） （v/µs）	私Q （typ）（ma）	典型的な 応用
LM741	0.5	2.8	汎用、オーディオ処理
TL081	13	3.6	オーディオおよびビデオアンプ、アクティブフィルター
OPA2134	20	4	プロのオーディオ機器、高忠実度アンプ
LM324	0.5	0.8	家電、センサーアンプ
AD823	30	2.8	高速信号コンディショニング、ADCドライバー
NE5532	9	8	オーディオプリアンプリフィア、ミキシングコンソール
LT1014	0.2	0.35	精密機器、DMMS
LM358	0.6	0.7	低電力アプリケーション、バッテリーデバイス
MCP602	2.3	1	ポータブルデバイス、フォトダイオードアンプ
ADA4898	1000	10	高速通信、レーダーシステム
OPA369	0.05	0.9	低電力ポータブルデバイス、センサーアンプ
OPA333	0.5	0.17	医療機器、精密センサー
OPA277	0.8	2.5	精密アナログ処理、テスト機器
OPA129	1.5	6.5	高インピーダンスバッファリング、医療機器
OPA350	10	5.5	ビデオアンプ、ケーブルドライバー
OPA211	27	3.6	高性能データ収集、オーディオアンプ
OPA827	25	4.5	オーディオプリアンプ、ADCバッファー、DAC出力アンプ
OPA835	560	3.9	ワイドバンドアンプ、高速信号処理
OPA847	6000	20	RF/ゲインブロックの場合、高速通信

結論

SLEWレートは、高速信号を処理し、信号の明確さを維持する方法に影響を与える動作アンプの機能です。この記事では、内部補償、出力段階の設計、帯域幅の制限など、スルー率に影響を与えるさまざまな要因について説明します。必要なスルーレートを計算するための式が含まれており、スルーレートと帯域幅の関係を調査します。また、この記事では、スルーレートに基づいてアンプを比較し、アンプ機能を特定のニーズに合わせるための実用的なアドバイスを提供し、スルーレートの歪みなどの問題を防ぎます。全体として、この詳細な説明は、オペアンプをよりよく理解し、電子システムを改善するのに役立ちます。

よくある質問[FAQ]

1.スルーレートが高い場合はどうなりますか？

動作アンプ（OP AMP）のスルーレートが高い場合、入力信号の変化に迅速に応答し、出力電圧が迅速に調整できるようにします。この機能は、ビデオやRF通信などの迅速な信号処理を必要とするアプリケーションに適しています。ただし、非常に高いスルーレートも課題をもたらす可能性があります。フィードバックシステムの回路に振動や不安定性を引き起こす可能性があります。また、より速い遷移により、潜在的に電源ラインや近くの高速デジタル信号から、より多くの高周波ノイズが回路に導入される場合があります。

2.スルーレートをどのように制御しますか？

運用アンプ（OP AMP）のスルーレートの制御には、OP AMPの内部構成を調整するか、回路設計を変更することが含まれます。1つの方法は、アプリケーションのニーズに合った固有のスルーレートでOP AMPを選択し、過度の速度または不十分な速度に関連する問題を防ぐことができるようにすることです。別の方法は、OP AMPが入力の変更にどれだけ速く応答するかに影響を与える可能性のある抵抗器またはコンデンサの値を変更して、フィードバックネットワークを変更し、OP AMPを交換せずにパフォーマンスを微調整する実用的な方法を提供することです。バイパスコンデンサやスナバー回路の追加などの外部報酬技術は、安定性を改善し、不要な振動を減らすことにより、スルーレートを管理するのに役立ちます。

3.スルーレートはランプレートですか？

はい、スルーレートはランプレートの一種と見なされることがよくあります。OP AMPの出力が変化し、マイクロ秒あたりのボルト（v/µs）で表される可能性がある最大速度を記述します。このレートは、ランプが上昇または降下の角度を制御するように、出力電圧がどの程度上昇または下降するかを制限するという点で、ランプに似ています。

4.スルーレートと立ち上がり時間の違いは何ですか？

スルーレートと立ち上がり時間は関連していますが、信号処理には明確なパラメーターです。スルーレートは、動作アンプの出力がどれだけ速く変化するかを測定し、信号周波数とは無関係に変化の最大速度を示します。対照的に、立ち上がり時間とは、指定された低値（10％）から最大振幅の高い値（90％）に信号が移行するのにかかる時間を指し、信号の周波数とシステム全体に依存します帯域幅。スルーレートは出力の最大能力の境界条件を設定しますが、立ち上がり時間は、これらの制限内で信号がどのように動作するかについての観察可能な特性です。

5.スルーレートとCMRRの関係は何ですか？

SLEWレートとコモンモード拒否率（CMRR）は、運用アンプ（OP AMP）のパフォーマンスの2つの異なる側面です。SLEWレートは、OP AMPが入力信号の変化にどれだけ速く応答できるかを扱いますが、CMRRは、OP AMPが両方の入力に等しく影響するノイズまたは干渉をどれだけうまく拒否できるかを測定します。これらの2つの要因は無関係ですが、特定の状況で互いに影響を与える可能性があります。たとえば、OP AMPが迅速に応答する必要がある高速回路では、高いスルーレートが内部回路に不均衡を引き起こし、CMRRを減らしてエラーまたは歪みを引き起こす可能性があります。