Введение
Время, необходимое сигналу для достижения высокого уровня
В электронике, при описании ступенчатой функции напряжения или тока, время нарастания – это время, за которое сигнал изменяется от заданного низкого уровня до заданного высокого уровня. Эти уровни могут быть выражены в виде отношений или, эквивалентно, в процентах относительно заданной опорной величины. В аналоговой и цифровой электронике обычно используются значения в 10% и 90% (или эквивалентно 0,1 и 0,9) от высоты ступени выходного сигнала, однако могут применяться и другие значения. Для задач теории управления, согласно , время нарастания определяется как «время, необходимое для изменения отклика от x% до y% от его конечного значения», при этом время нарастания от 0% до 100% обычно используется для сильнодемпфированных систем второго порядка, от 5% до 95% – для критически демпфированных, и от 10% до 90% – для слабодемпфированных. Согласно , термин «время нарастания» применим как к положительному, так и к отрицательному переходному процессу, даже если отрицательное отклонение обычно называют временем спада.
In electronics, when describing a voltage or current step function, rise time is the time taken by a signal to change from a specified low value to a specified high value. These values may be expressed as ratios or, equivalently, as percentages with respect to a given reference value. In analog electronics and digital electronics, these percentages are commonly the 10% and 90% (or equivalently 0.1 and 0.9) of the output step height: however, other values are commonly used. For applications in control theory, according to , rise time is defined as "the time required for the response to rise from x% to y% of its final value", with 0% to 100% rise time common for overdamped second order systems, 5% to 95% for critically damped and 10% to 90% for underdamped ones. According to , the term "rise time" applies to either positive or negative step response, even if a displayed negative excursion is popularly termed fall time.
Обзор
Время нарастания — аналоговый параметр, имеющий фундаментальное значение в высокоскоростной электронике, поскольку он является мерой способности схемы реагировать на быстрые входные сигналы. Предпринято множество попыток уменьшить время нарастания схем, генераторов и оборудования для измерения и передачи данных. Эти усилия обычно связаны с исследованиями более быстрых электронных компонентов и методами снижения паразитных параметров схемы (в основном емкостей и индуктивностей). Однако для применений вне области высокоскоростной электроники иногда требуются большие (по сравнению с современным уровнем техники) времена нарастания: например, при плавном включении света, где более длительное время нарастания, среди прочего, увеличивает срок службы лампы, или при управлении аналоговыми сигналами цифровыми с помощью аналогового переключателя, где более длительное время нарастания означает меньший емкостной перенос и, следовательно, меньший шум, наводящийся на управляемые аналоговые линии сигнала.
Факторы, влияющие на время подъема
Для данного выходного сигнала системы время нарастания зависит как от времени нарастания входного сигнала, так и от характеристик самой системы. Например, время нарастания в резистивной цепи в основном обусловлено паразитной емкостью и индуктивностью. Поскольку любая схема обладает не только сопротивлением, но и емкостью и индуктивностью, задержка напряжения и/или тока на нагрузке проявляется до достижения установившегося режима. В чистой RC-цепи время нарастания выходного сигнала (от 10% до 90%) приблизительно равно 2,2RC.
Время подъема каскадных блоков
Рассмотрим систему, состоящую из n каскадных не взаимодействующих блоков, каждый из которых имеет время нарастания tri, где i = 1, 2, ..., n, и не имеет перерегулирования в переходной характеристике. Предположим также, что входной сигнал первого блока имеет время нарастания со значением trS. Тогда время нарастания его выходного сигнала tr0 равно
Согласно , этот результат является следствием центральной предельной теоремы и был доказан . Однако, подробный анализ проблемы представлен , который также отмечает , как первого, кто доказал предыдущую формулу на более или менее строгой основе.