Введение

Изменение напряжения или тока за единицу времени

В электронике и электромагнетике скорость нарастания (или спада) определяется как изменение напряжения или тока, или любой другой электрической или электромагнитной величины, за единицу времени. Выражается в единицах СИ, единица измерения задается как изменение в секунду, но в контексте электронных схем скорость нарастания обычно выражается в микросекундах (мкс) или наносекундах (нс). Электронные схемы могут задавать минимальные или максимальные пределы скорости нарастания для своих входов или выходов, при этом эти пределы действительны только при определенных условиях (например, при определенной нагрузке на выход). При указании скорости нарастания для выхода схемы, такой как усилитель, эта спецификация гарантирует, что скорость изменения выходного сигнала будет не меньше заданного минимального значения или не больше заданного максимального значения. Применительно к входу схемы, это указывает на то, что внешняя управляющая схема должна соответствовать этим пределам для обеспечения корректной работы принимающего устройства. В случае нарушения этих пределов может возникнуть ошибка, и корректная работа больше не гарантируется. Например, если вход цифровой схемы изменяется слишком медленно, цифровое значение входа, зарегистрированное схемой, может колебаться между 0 и 1 во время перехода сигнала. В других случаях максимальная скорость нарастания задается для ограничения высокочастотных составляющих в сигнале, тем самым предотвращая нежелательные эффекты, такие как звон или излучение помех. В усилителях ограничения по скорости нарастания могут приводить к нелинейным искажениям. Чтобы синусоидальная форма сигнала не подвергалась ограничению по скорости нарастания, скорость нарастания (в вольтах в секунду) во всех точках усилителя должна удовлетворять следующему условию:

где f – рабочая частота, а – пиковая амплитуда сигнала, то есть половина размаха синусоиды. В механике скорость нарастания – это изменение положения объекта во времени, вращающегося вокруг наблюдателя, измеряемое в радианах, градусах или оборотах в единицу времени. Она имеет размерность.

Определение

Скорость нарастания электрической цепи определяется как скорость изменения напряжения во времени. Скорость нарастания обычно выражается в единицах В/мкс, где V – выходное напряжение усилителя как функция времени t.

Измерение

Скорость нарастания может быть измерена с помощью генератора функций (обычно прямоугольной волны) и осциллографа (CRO). Скорость нарастания остается неизменной, независимо от наличия обратной связи.

Ограничение скорости наклона в усилителях

Существуют небольшие различия между различными конструкциями усилителей в том, как проявляется эффект скорости нарастания. Однако общие принципы остаются такими же, как на этом примере. Входная ступень современных усилителей обычно представляет собой дифференциальный усилитель с транспроводимостью. Это означает, что входная ступень принимает дифференциальное входное напряжение и преобразует его в выходной ток для второй ступени. Транспроводимость обычно очень высока – именно здесь формируется большое усиление в разомкнутом контуре усилителя. Это также означает, что даже небольшое входное напряжение может привести к насыщению входной ступени. В состоянии насыщения ступень выдает практически постоянный выходной ток. Вторая ступень современных усилителей мощности, помимо прочего, служит для обеспечения частотной компенсации. АЧХ этой ступени приближается к характеристике интегратора. Постоянный входной ток, следовательно, приведет к линейно возрастающему выходному напряжению. Если вторая ступень имеет эффективную входную емкость и коэффициент усиления по напряжению, то скорость нарастания в данном примере можно выразить следующим образом:

где – выходной ток первой ступени в режиме насыщения. Скорость нарастания помогает определить максимальную входную частоту и амплитуду, применимые к усилителю, чтобы выходной сигнал не был значительно искажен. Поэтому перед использованием устройства в высокочастотных приложениях необходимо проверить его скорость нарастания в технической документации. Скорость нарастания можно намеренно ограничить, используя два операционных усилителя, конденсатор и два резистора.

Музыкальные приложения

В электронных музыкальных инструментах схемы управления скоростью нарастания или программно-реализованные функции изменения скорости используются намеренно для создания эффекта портаменто (также называемого глиссандо или лагом), при котором начальное цифровое значение или аналоговое управляющее напряжение плавно переходит к новому значению за определенный промежуток времени (см. интерполяцию).