การทําความเข้าใจอัตราการฆ่าเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการออกแบบวงจรแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้: การออกแบบโดยคํานึงถึงอัตราการฆ่าช่วยให้มั่นใจได้ว่าวงจรรองรับการเพิ่มขึ้นของเอาต์พุตที่รวดเร็วที่จําเป็นและลดการบิดเบือน

เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามจํานวนที่กําหนดในเวลาที่กําหนดเท่านั้น: ขีด จํากัด นี้เรียกว่าอัตราการฆ่าของ op-amp

แม้ว่าอัตราการฆ่าจะไม่ถูกกล่าวถึงเสมอไปเมื่อทําการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็อาจเป็นปัจจัยสําคัญในการทําให้แน่ใจว่าแอมพลิฟายเออร์สามารถให้เอาต์พุตที่เป็นตัวแทนของอินพุตได้อย่างซื่อสัตย์

อัตราการฆ่าของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการสามารถจํากัดประสิทธิภาพของวงจรได้หากเกินข้อกําหนดอัตราการฆ่ามันสามารถบิดเบือนรูปคลื่นและป้องกันไม่ให้สัญญาณอินพุตแสดงอย่างซื่อสัตย์ที่เอาต์พุตหากเกินอัตราการฆ่า

หนึ่งในตัวเลขที่อ้างถึงในเอกสารข้อมูลสําหรับแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการคืออัตราการฆ่าและจําเป็นต้องตรวจสอบและทําการคํานวณบางอย่างเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ op amp เฉพาะสามารถรองรับอัตราการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตที่ต้องการได้

ในบางแอพพลิเคชั่นที่ต้องการความเร็วและเอาต์พุตจําเป็นต้องเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วอัตราการฆ่าของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการอาจส่งผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพโดยรวมของวงจรอิเล็กทรอนิกส์และการออกแบบจําเป็นต้องรองรับสิ่งนี้

พื้นฐานอัตราการฆ่า Op amp

อัตราการฆ่าของออปแอมป์หรือวงจรแอมพลิฟายเออร์ใด ๆ คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันขาออกที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนบนอินพุต

วัดเป็นการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าในช่วงเวลาที่กําหนด - โดยทั่วไปคือ V / μs หรือ V / ms

อุปกรณ์เอนกประสงค์ทั่วไปอาจมีอัตราการฆ่า 10 V / ไมโครวินาทีซึ่งหมายความว่าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนขนาดใหญ่บนอินพุตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะสามารถให้การเปลี่ยนแปลงเอาต์พุต 10 โวลต์ในหนึ่งไมโครวินาที

ตัวเลขสําหรับการเปลี่ยนแปลงอัตราการฆ่าขึ้นอยู่กับประเภทของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการที่ใช้ออปแอมป์พลังงานต่ําอาจมีตัวเลขเพียงโวลต์ต่อไมโครวินาทีในขณะที่มีแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้เร็วซึ่งสามารถให้อัตรา 1,000 V / μ วินาที

อัตราการฆ่าถูกควบคุมโดยแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการเอง และด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพอัตราการฆ่าของการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดจึงไม่ได้รับผลกระทบจากข้อเสนอแนะที่ใช้

สาเหตุหลักของข้อจํากัดอัตราการฆ่าเกิดจากการชดเชยความถี่ภายในที่รวมอยู่ในแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการส่วนใหญ่เพื่อให้มีเสถียรภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่สูง

ปัจจัยสนับสนุนอีกประการหนึ่งคือกระแสไดรฟ์ภายในขนาดเล็ก ตลอดจนข้อจํากัดใดๆ ในขั้นตอนเอาต์พุตสิ่งเหล่านี้รวมเข้าด้วยกันเพื่อจํากัดอัตราที่เอาต์พุตสามารถเปลี่ยนจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งได้

Op amps อาจมีอัตราการฆ่าที่แตกต่างกันสําหรับการเปลี่ยนไปในเชิงบวกและเชิงลบเนื่องจากการกําหนดค่าวงจร

ออปแอมป์มีเอาต์พุตเสริมเพื่อดึงสัญญาณขึ้นและลง ซึ่งหมายความว่าทั้งสองด้านของวงจรไม่สามารถเหมือนกันทุกประการอย่างไรก็ตาม มักสันนิษฐานว่ามีระดับประสิทธิภาพที่สมมาตรพอสมควร

ยังมีแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการบางตัวที่ไม่ได้รับการชดเชยภายในและต้องการชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกเพื่อให้การชดเชย

สิ่งเหล่านี้สามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้เกิดความสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างความเสถียรและอัตราการฆ่าด้วยวิธีนี้จะได้ประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีที่สุด

เหตุผลอัตราการฆ่า

ปัญหาอัตราการฆ่าเกิดขึ้นจากวงจรภายในออปแอมป์มีสาเหตุหลายประการสําหรับข้อจํากัดของชิปส่วนใหญ่:

• การชดเชยความถี่:   ตัวเก็บประจุที่ใช้ภายในชิปเพื่อลดการตอบสนองความถี่สูงมีผลต่ออัตราการฆ่าอย่างชัดเจนการ จํากัด การตอบสนองความถี่ยัง จํากัด อัตราการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นที่เอาต์พุตและด้วยเหตุนี้จึงส่งผลต่ออัตราการฆ่าโดยรวมของออปแอมป์อย่างไรก็ตามเพื่อให้แน่ใจว่าแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการยังคงมีเสถียรภาพส่วนประกอบการชดเชยความถี่จะรวมอยู่เสมอและผลกระทบที่เกิดขึ้นต่ออัตราการฆ่าก็ต้องได้รับการรองรับในการออกแบบวงจรโดยรวมเช่นกัน
• ข้อจํากัดของไดรเวอร์เอาต์พุต:   ภายในชิปและโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายในไดรเวอร์เอาต์พุตระดับกระแสต่ําจะ จํากัด อัตราที่การเปลี่ยนแปลงสามารถเกิดขึ้นได้สิ่งนี้ จํากัด อัตราการฆ่าของออปแอมป์พบว่านี่คือพื้นที่ของประสิทธิภาพที่อัตราการฆ่าเพิ่มขึ้นและลดลงอาจแตกต่างกัน
  นี่เป็นผลมาจากวิธีต่างๆ ที่ชิปเพิ่มและลดแรงดันเอาต์พุตตัวอย่างเช่น เอาต์พุตอาจใช้รูปแบบของขั้นตอนเอาต์พุตเสริมลักษณะที่แตกต่างกันเล็กน้อยของแต่ละครึ่งจะทําให้เกิดความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างความสามารถในการเพิ่มและลดลงของอัตราการฆ่า
• ขั้นตอนอินพุตอัตราขยายสูง:   แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการใช้ขั้นตอนอินพุตดิฟเฟอเรนเชียลอัตราขยายสูงอัตราขยายสูงและความจริงที่ว่าเป็นแอมพลิฟายเออร์ทรานส์คอนดักแตนซ์ที่อินพุตแรงดันไฟฟ้าสร้างเอาต์พุตปัจจุบันหมายความว่ามีความเป็นไปได้ที่สัญญาณจะอิ่มตัวทําให้แอมพลิฟายเออร์ทําหน้าที่เป็นแหล่งกระแสคงที่เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นอัตราการเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์จะถูกจํากัดอย่างมาก

จะเห็นได้ว่าอัตราการฆ่ามีแนวโน้มที่จะควบคุมโดยปัจจัยภายในชิปแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้เองดังนั้นจึงจําเป็นต้องเลือกชิปสําหรับการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถให้อัตราการฆ่าที่จําเป็นการคํานวณอัตราการฆ่าที่ต้องการสําหรับสถานการณ์วงจรที่กําหนดหมายความว่าปัญหาใด ๆ สามารถแก้ไขได้ในขั้นตอนที่กําหนดของวงจรแทนที่จะค้นพบปัญหาในภายหลัง

การบิดเบือนอัตราการฆ่า

หากแอมป์ op ทํางานเกินขีด จํากัด อัตราการฆ่าสัญญาณจะบิดเบี้ยววิธีที่ง่ายที่สุดในการดูสิ่งนี้คือการดูตัวอย่างของคลื่นไซน์

อัตราสูงสุดของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นที่จุดข้ามศูนย์

เป็นไปได้ที่จะหาความถี่สูงสุดหรือแรงดันไฟฟ้าที่สามารถรองรับได้คลื่นไซน์ที่มีความถี่ f เฮิรตซ์และแรงดันไฟฟ้าสูงสุด V โวลต์ต้องใช้แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการที่มีอัตราการฆ่า 2 x Π x f x V โวลต์ต่อวินาทีสิ่งนี้จําเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถปฏิบัติตามข้อกําหนดอัตราการฆ่าสูงสุดที่เกิดขึ้นที่จุดข้ามศูนย์ได้

ดังที่เห็นในแผนภาพในขีด จํากัด การบิดเบือนการแกว่งของออปแอมป์จะส่งผลให้เกิดการสร้างรูปคลื่นสามเหลี่ยมหากความถี่เพิ่มขึ้น op amp จะสามารถติดตามได้น้อยลงดังนั้นแอมพลิจูดของรูปคลื่นเอาต์พุตจะลดลง

อัตราการฆ่าอาจไม่เป็นเส้นตรงตลอดช่วงทั้งหมดด้วยเหตุนี้รูปคลื่นอาจแสดงการเพิ่มขึ้นเร็วขึ้นสําหรับส่วนแรกของการเปลี่ยนแปลงจากนั้นจะกลับไปใช้อัตราการฆ่าที่คาดไว้มากขึ้น

โปรดทราบด้วยว่าโดยปกติแล้วอัตราการฆ่าจะระบุไว้สําหรับวงจรที่ทําหน้าที่เป็นตัวติดตามแรงดันไฟฟ้าที่มีอัตราขยายแบบเอกภาพและด้วยอินพุตแบบสวิงเต็มซึ่งหมายความว่ามีไดรฟ์ดิฟเฟอเรนเชียลขนาดใหญ่และเป็นผลให้กระแสไหลจํานวนมากสําหรับการกําหนดค่าที่แตกต่างกันซึ่งมีแรงดันไฟฟ้าอินพุตขนาดเล็กและอัตราขยายที่มากขึ้นอัตราการฆ่าจะน้อยกว่ามาก

การคํานวณอัตราการฆ่าและสูตร

การคํานวณอัตราการฆ่าของแอมพลิฟายเออร์ที่จําเป็นสําหรับการใช้งานที่กําหนดหรือการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์นั้นค่อนข้างง่ายจากความรู้เกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าและความถี่สูงสุดที่ต้องการ

เพื่อให้การทํางานที่ปราศจากการบิดเบือนอัตราการฆ่าของเครื่องขยายเสียงสามารถใช้สูตรง่ายๆด้านล่างได้

ที่ไหน
    อัตราการฆ่าวัดเป็นโวลต์ / วินาที แม้ว่าการวัดจริงมักจะให้เป็น V/μs
    f = ความถี่สัญญาณสูงสุด Hz
    V = แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของสัญญาณ.

ตัวอย่างเช่น ใช้สถานการณ์ที่ต้องใช้ออปแอมป์เพื่อขยายสัญญาณที่มีแอมพลิจูดสูงสุด 5 โวลต์ที่ความถี่ 25kHz ต้องใช้ออปแอมป์ที่มีอัตราการฆ่าอย่างน้อย 2 π x 25 000 x 5 = 0.785V/μs