Hiểu rõ tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate) là rất quan trọng để thiết kế các mạch khuếch đại chức năng: thiết kế có tính đến tốc độ biến đổi tín hiệu đảm bảo mạch có thể đáp ứng được sự tăng nhanh tín hiệu đầu ra cần thiết và giảm thiểu méo tín hiệu.

Tín hiệu đầu ra của một bộ khuếch đại thuật toán chỉ có thể thay đổi một lượng nhất định trong một khoảng thời gian nhất định: giới hạn này được gọi là tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate) của bộ khuếch đại thuật toán.

Mặc dù tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate) không phải lúc nào cũng được đề cập khi thiết kế mạch điện tử, nhưng nó có thể là một yếu tố quan trọng để đảm bảo bộ khuếch đại có thể cung cấp tín hiệu đầu ra phản ánh chính xác tín hiệu đầu vào.

Tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate) của bộ khuếch đại thuật toán có thể hạn chế hiệu suất của mạch; nếu vượt quá giới hạn tốc độ biến đổi tín hiệu, nó có thể làm biến dạng dạng sóng và ngăn tín hiệu đầu vào được tái tạo chính xác ở đầu ra.

Một trong những thông số được đề cập trong bảng dữ liệu của bộ khuếch đại thuật toán là tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate), và cần phải kiểm tra và thực hiện một số phép tính để đảm bảo rằng thiết bị khuếch đại thuật toán cụ thể có thể xử lý tốc độ thay đổi tín hiệu đầu ra mong muốn.

Trong một số ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và thay đổi tín hiệu đầu ra nhanh chóng, tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate) của bộ khuếch đại thuật toán có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng thể của mạch điện tử, và thiết kế cần phải tính đến điều này.

Tốc độ ngắt mạch cơ bản của op amp.

Tốc độ biến thiên (slew rate) của op-amp hoặc bất kỳ mạch khuếch đại nào là tốc độ thay đổi của điện áp đầu ra do sự thay đổi bước nhảy ở tín hiệu đầu vào.

Phép đo này thể hiện sự thay đổi điện áp trong một khoảng thời gian nhất định – thường là V/μs hoặc V/ms.

Một thiết bị đa năng điển hình có thể có tốc độ thay đổi điện áp là 10 V/micro giây, nghĩa là khi có sự thay đổi đột ngột lớn ở đầu vào, mạch điện tử có thể cung cấp sự thay đổi điện áp đầu ra là 10 volt trong một micro giây.

Các thông số về sự thay đổi tốc độ biến thiên điện áp phụ thuộc vào loại bộ khuếch đại thuật toán được sử dụng. Các bộ khuếch đại thuật toán công suất thấp có thể có thông số chỉ vài vôn trên micro giây, trong khi có những bộ khuếch đại thuật toán nhanh hơn có thể cung cấp tốc độ lên đến 1.000 V/μs.

Tốc độ biến đổi tín hiệu được điều khiển bởi chính bộ khuếch đại thuật toán, do đó hiệu suất tốc độ biến đổi tín hiệu của toàn bộ thiết kế mạch điện tử không bị ảnh hưởng bởi phản hồi được áp dụng.

Nguyên nhân chính dẫn đến những hạn chế về tốc độ biến đổi tín hiệu là do cơ chế bù tần số bên trong được tích hợp trong hầu hết các bộ khuếch đại thuật toán để ổn định tín hiệu, đặc biệt là ở tần số cao.

Một yếu tố khác góp phần vào hiện tượng này là dòng điện dẫn nội bộ nhỏ, cũng như bất kỳ hạn chế nào ở tầng đầu ra. Những yếu tố này kết hợp lại để hạn chế tốc độ thay đổi của tín hiệu đầu ra từ mức này sang mức khác.

Các op amp có thể có tốc độ biến đổi điện áp khác nhau đối với quá trình chuyển mạch dương và âm do cấu hình mạch.

Các op-amp có các đầu ra phụ để kéo tín hiệu lên và xuống, điều này có nghĩa là hai phía của mạch không thể hoàn toàn giống nhau; tuy nhiên, người ta thường cho rằng chúng có mức hiệu suất tương đối đối xứng.

Ngoài ra, cũng có một số bộ khuếch đại thuật toán không có mạch bù bên trong và cần các mạch điện tử bên ngoài để bù.

Chúng có thể được tối ưu hóa để đạt được sự cân bằng tốt nhất giữa độ ổn định và tốc độ tiêu diệt, dẫn đến hiệu suất tổng thể hiệu quả nhất.

Nguyên nhân dẫn đến tỷ lệ giết người cao.

Vấn đề về tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate), xuất phát từ mạch điện bên trong của op-amp, có nhiều nguyên nhân, chủ yếu là do những hạn chế của chip:

• Bù tần số: Các tụ điện được sử dụng bên trong để giảm thiểu đáp ứng tần số cao ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate). Việc giới hạn đáp ứng tần số cũng hạn chế tốc độ thay đổi có thể xảy ra ở đầu ra và do đó ảnh hưởng đến tốc độ biến đổi tín hiệu tổng thể của op-amp. Tuy nhiên, để đảm bảo op-amp hoạt động ổn định, các thành phần bù tần số luôn được bao gồm và ảnh hưởng của chúng đến tốc độ biến đổi tín hiệu cũng phải được tính đến trong thiết kế mạch tổng thể.
• Hạn chế của mạch điều khiển đầu ra: Bên trong chip, và đặc biệt là trong các mạch điều khiển đầu ra dòng điện thấp, tốc độ thay đổi bị hạn chế. Điều này giới hạn tốc độ biến đổi (slew rate) của op-amp; người ta nhận thấy đây là vùng hiệu suất mà tốc độ biến đổi tăng và giảm có thể khác nhau.
  Điều này là do các cách khác nhau mà chip tăng và giảm điện áp đầu ra. Ví dụ, đầu ra có thể có dạng bước đầu ra phụ trợ; các đặc tính hơi khác nhau của mỗi nửa sẽ gây ra sự khác biệt nhỏ giữa khả năng tăng và giảm tốc độ biến đổi.
• Tầng đầu vào khuếch đại cao: Các bộ khuếch đại thuật toán sử dụng tầng đầu vào vi sai khuếch đại cao. Độ khuếch đại cao và việc đây là bộ khuếch đại chuyển đổi dẫn điện, trong đó điện áp đầu vào tạo ra dòng điện đầu ra, có nghĩa là có khả năng tín hiệu bị bão hòa, khiến bộ khuếch đại hoạt động như một nguồn dòng điện không đổi. Khi điều này xảy ra, tốc độ thay đổi của đầu ra bộ khuếch đại bị hạn chế nghiêm trọng.

Có thể thấy rằng tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate) thường bị chi phối bởi các yếu tố bên trong chip khuếch đại tích cực, do đó cần phải lựa chọn chip phù hợp cho thiết kế mạch điện tử để đáp ứng tốc độ biến đổi tín hiệu cần thiết. Việc tính toán tốc độ biến đổi tín hiệu cần thiết cho một mạch điện cụ thể giúp giải quyết mọi vấn đề ngay tại giai đoạn đầu của mạch thay vì phát hiện ra vấn đề sau này.

Thao túng tỷ lệ tiêu diệt.

Nếu op-amp hoạt động vượt quá giới hạn tốc độ ngắt mạch cho phép, tín hiệu sẽ bị méo mó. Cách dễ nhất để nhận thấy điều này là xem một mẫu sóng sin.

Tốc độ thay đổi điện áp tối đa xảy ra tại điểm 0.

Có thể tìm ra tần số hoặc điện áp tối đa mà thiết bị có thể chịu được. Một sóng sin có tần số f Hz và điện áp tối đa V volt yêu cầu một bộ khuếch đại hoạt động với tốc độ biến đổi điện áp (slew rate) là 2 x Π xfx V volt mỗi giây. Điều này là cần thiết để đảm bảo đáp ứng được yêu cầu về tốc độ biến đổi điện áp tối đa xảy ra tại điểm giao nhau bằng không.

Như thể hiện trong sơ đồ, trong giới hạn méo dao động của op-amp, một dạng sóng tam giác sẽ được tạo ra. Nếu tần số tăng lên, op-amp sẽ có ít rãnh hơn, và do đó biên độ của dạng sóng đầu ra sẽ giảm.

Tốc độ tiêu diệt có thể không tuyến tính trong toàn bộ phạm vi; do đó, dạng sóng có thể cho thấy sự gia tăng nhanh hơn trong phần đầu của ca làm việc, sau đó trở lại tốc độ tiêu diệt dự kiến ​​hơn.

Xin lưu ý rằng tốc độ biến đổi điện áp (slew rate) thường được chỉ định cho các mạch hoạt động như bộ theo dõi điện áp với độ khuếch đại bằng 1 và tín hiệu đầu vào toàn dải, nghĩa là có sự điều khiển vi sai lớn và do đó, một lượng dòng điện đáng kể chảy qua. Đối với các cấu hình khác với điện áp đầu vào nhỏ hơn và độ khuếch đại cao hơn, tốc độ biến đổi điện áp sẽ thấp hơn nhiều.

Tính toán tỷ lệ tiêu diệt và công thức.

Việc tính toán tốc độ biến đổi điện áp (slew rate) của bộ khuếch đại cần thiết cho một ứng dụng hoặc thiết kế mạch điện tử cụ thể tương đối đơn giản, dựa trên kiến ​​thức về điện áp và tần số tối đa cần thiết.

Để đảm bảo hoạt động không bị méo tiếng, tốc độ biến đổi tín hiệu của bộ khuếch đại có thể được tính toán bằng công thức đơn giản dưới đây.

Trong đó,
   tốc độ biến đổi điện áp được đo bằng vôn trên giây, mặc dù các phép đo thực tế thường được đưa ra dưới dạng V/μs,
   f = tần số tín hiệu đỉnh tính bằng Hz, và
   V = điện áp tín hiệu đỉnh.

Ví dụ, hãy xem xét trường hợp cần một op-amp để khuếch đại tín hiệu có biên độ cực đại là 5 volt ở tần số 25 kHz. Điều này sẽ yêu cầu một op-amp có tốc độ biến đổi tín hiệu (slew rate) ít nhất là 2π x 25.000 x 5 = 0,785V/μs.