放大器壓擺率詳解與應(yīng)用

來源：發(fā)布時間：2025-10-30

一、壓擺率的含義

壓擺率，也稱為轉(zhuǎn)換速率，是放大器輸出電壓在單位時間內(nèi)所能變化的比較大速率，單位為V/μs。當(dāng)輸入一個大幅值的高頻信號時，如果信號變化的理論速度超過了運放的壓擺率，輸出波形就會失真。正弦波會變成三角波，方波會變成梯形波。

計算公式：對于正弦波，要避免壓擺率失真，需要滿足：壓擺率 SR ≥ 2πfVp對于方波，壓擺率應(yīng)滿足SR ≥ ΔV / Δt，其中ΔV是電壓變化量，Δt是上升或下降時間。

二、如何選擇適合的壓擺率的放大器

選擇壓擺率的重要原則是：確保運放的壓擺率高于應(yīng)用中信號可能出現(xiàn)的最大電壓變化速率。

1、確定Vp和f_max（或t_r上升時間）；

2、計算 SR_min ；

3、除了壓擺率，還需確認(rèn)放大器的增益帶寬積是否滿足信號頻率要求，避免小信號時因帶寬不足導(dǎo)致失真；

4、檢查其他參數(shù)，如輸出電壓和電流范圍、負(fù)載上限等。舉例：假設(shè)需要生成一個0V到200V的脈沖，并要求上升時間t_r 小于 1μs。SR_min≥200 V / 1 × 10^-6 s = 200 V/μs在這種情況下，需要一個壓擺率高于 200 V/μs的放大器。為了確保達(dá)到要求，通常會選擇比計算值高20%-50%的型號。

此外，還需復(fù)核放大器的增益帶寬積是否滿足小信號頻率要求。

三、如何測量檢驗

1、將高壓放大器設(shè)置為所需的增益（例如20倍）。將其輸入端連接到信號發(fā)生器的方波輸出。將放大器的輸出端連接到示波器的一個通道，并且應(yīng)使用高帶寬示波器和探頭，避免測量系統(tǒng)本身引入的誤差。

2、施加一個大幅值方波信號輸入，輸出方波幅度應(yīng)接近放大器最大允許值。（例如若比較大輸出為170Vpp，則測試幅值應(yīng)達(dá)到160Vpp以上），輸入頻率不宜過高，通常1kHz-10kHz范圍內(nèi)。

3、測量與計算

在示波器上捕獲輸出的方波波形。使用示波器的光標(biāo)功能，測量輸出電壓變化速度較快的一段所經(jīng)歷的時間 Δt，一般比較大變化速率發(fā)生在過零點，測量這期間電壓的變化量ΔV。

例如在下面168Vpp的方波截取中間一段，測得11.5/4.04ns≈2.8kV/us。

四、應(yīng)用

在實際應(yīng)用時會發(fā)現(xiàn)，有時高壓放大器連接容性負(fù)載時，壓擺率會產(chǎn)生變化，其根本原因在于電流限制。若負(fù)載所需電流大于放大器的比較大輸出電流，那么會導(dǎo)致輸出波形失真、產(chǎn)生震蕩等情況。

連接容性負(fù)載不會改變放大器本身的理論壓擺率，但會嚴(yán)重限制其實際能達(dá)到的輸出壓擺率。較終的實際輸出壓擺率由放大器的輸出電流能力和容性負(fù)載的大小共同決定。驅(qū)動容性負(fù)載公式：Ip= C * dV/dt = C_load * SR。

如果根據(jù)公式計算出負(fù)載所需電流小于放大器的比較大輸出電流，那么放大器可以正常工作，實際壓擺率等于其理論壓擺率。但是，如果容性負(fù)載 C_load很大，或者理論壓擺率SR很高，導(dǎo)致 C_load * SR理論>Imax。此時，輸出電流被鉗位在Imax。當(dāng)電流被限制后，實際能達(dá)到的輸出壓擺率就變成了：SR實際=Imax/C_load。