Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Indice de contenidos
¿Qué es Slew Rate?
En electrónica, la velocidad de respuesta se define como la velocidad máxima de cambio de voltaje de salida por unidad de tiempo. Se indica con la letra S. La velocidad de respuesta nos ayuda a identificar la amplitud y la frecuencia de entrada máxima adecuada para un amplificador operacional ( amplificador OP) de manera que la salida no se distorsione significativamente.
La velocidad de respuesta debe ser lo más alta posible para garantizar la máxima variación de voltaje de salida sin distorsiones.
La velocidad de respuesta es un factor crítico para garantizar que un amplificador OP pueda entregar una salida que sea confiable para la entrada. Cambios de velocidad de respuesta con el cambio en la ganancia de voltaje . Por lo tanto, generalmente se especifica en la condición de ganancia unitaria (+1).
Un dispositivo típicamente de uso general puede tener una velocidad de respuesta de 10 
. Esto significa que cuando se aplica una señal de entrada de gran paso a la entrada, el dispositivo electrónico puede proporcionar una salida de 10 voltios en 1 microsegundo.
Fórmula de velocidad de respuesta
La ecuación de la velocidad de respuesta viene dada por
Donde 
es la salida producida por el amplificador en función del tiempo t.
Unidades de velocidad de respuesta
La tasa de variación de un circuito electrónico se define como la tasa de cambio del voltaje por unidad de tiempo. Las unidades para la velocidad de respuesta son voltios por segundo o .
¿Cómo medir la velocidad de respuesta?
La velocidad de respuesta se mide aplicando una señal de paso a la etapa de entrada del amplificador operacional y la medición de la velocidad de cambio se produce en la salida del 10% al 90% de la amplitud de la señal de salida. Generalmente, la señal de paso aplicada es grande y es de aproximadamente 1 V.
La velocidad de respuesta se mide a partir de la forma de onda del voltaje de salida como:
La velocidad de respuesta se puede medir utilizando un osciloscopio y un generador de funciones .
El circuito utilizado para la medición de la velocidad de respuesta se muestra en la siguiente figura.
La forma de onda del voltaje de entrada y salida limitada se muestra en la siguiente figura.
Velocidad de respuesta del amplificador OP
La velocidad de respuesta decide la capacidad de un amplificador operacional para cambiar su salida rápidamente, por lo tanto, decide la frecuencia más alta de operación de un amplificador operacional dado.
La velocidad de respuesta del amplificador operacional puede limitar el rendimiento de un circuito y puede distorsionar la forma de onda de salida si se excede su límite.
Los amplificadores operacionales pueden tener diferentes velocidades de respuesta para las transiciones positivas y negativas debido a la configuración del circuito.
La velocidad de respuesta debería ser idealmente infinita y prácticamente lo más alta posible. La velocidad de respuesta del amplificador operacional IC 741 es de solo 0,5, que es su principal inconveniente. Por lo tanto, no se puede utilizar para aplicaciones de alta frecuencia.
Limitación de velocidad de respuesta en amplificadores
Alta ganancia en la etapa de entrada de OP-Amp:
Los amplificadores operacionales modernos utilizan etapas de entrada diferenciales de alta ganancia con características de transconductancia. Esto significa que un amplificador toma un voltaje de entrada diferencial en la etapa de entrada y produce una corriente de salida en la etapa de salida. Tenga en cuenta que la transconductancia no es más que la conductancia de transferencia , también llamada conductancia mutua, es la característica eléctrica y se define como la corriente a través de la salida de un dispositivo al voltaje a través de la entrada de un dispositivo. Matemáticamente se expresa como 
.
Esta transconductancia de los amplificadores es típicamente muy alta, también en este punto, se produce la gran ganancia de bucle abierto del amplificador. Esto significa que la pequeña tensión de entrada puede saturar la etapa de entrada. En esta condición de saturación, la etapa produce una corriente de salida aproximadamente constante y actúa como una fuente de corriente constante . En esta condición, la tasa de cambio que se produce en la salida de los amplificadores está muy limitada. Esto limita la velocidad de respuesta de un amplificador operacional.
Compensación de frecuencia en la segunda etapa del amplificador operacional:
Para proporcionar estabilidad, la compensación de frecuencia se utiliza en todos los amplificadores operacionales para reducir la respuesta de alta frecuencia y tener un efecto considerable en la velocidad de respuesta. Una respuesta de frecuencia reducida limita la tasa de cambio que ocurre en la salida de los amplificadores y, por lo tanto, afecta la tasa de respuesta de un amplificador operacional.
Ahora, la compensación de frecuencia en la segunda etapa del amplificador operacional es la característica de paso bajo y es similar a un integrador . Por lo tanto, la entrada de corriente constante producirá una salida que aumenta linealmente. Si la segunda etapa tiene una capacitancia de entrada efectiva C y una ganancia de voltaje A 2 , entonces la velocidad de respuesta se puede expresar como
Donde yo constante es la corriente constante de la primera etapa en saturación .
Temperatura:
La velocidad de respuesta es un parámetro que depende de la temperatura. Una tasa de respuesta positiva ocurre cuando una señal está aumentando y la tasa de respuesta negativa ocurre cuando una señal está disminuyendo. Normalmente, la velocidad de respuesta de un amplificador aumentará al aumentar la temperatura.
Velocidad de respuesta frente a ancho de banda
Velocidad de subida
La velocidad de respuesta es la velocidad máxima a la que un amplificador puede responder al cambio repentino del nivel de entrada. La velocidad de respuesta puede distorsionar (o limitar) cualquier señal amplificada por un amplificador operacional.
La señal de entrada sinusoidal multiplicada por la ganancia del amplificador operacional da como resultado una pendiente que es más alta que la velocidad de respuesta del amplificador operacional. Por lo tanto, la forma de onda de salida será una línea recta en lugar de una sección curva de la sinusoidal . Este efecto no es lineal. Por tanto, la rotación puede modificar o distorsionar la forma de una señal.
Banda ancha
El ancho de banda o ancho de banda de potencia de un amplificador es el rango de frecuencias para el cual todas las frecuencias de la señal se amplifican casi por igual (sin distorsión) también los polos en la función de transferencia del amplificador operacional conducen al comportamiento del filtro de paso bajo , es decir, la amplitud de la señal disminuye a medida que aumenta la frecuencia y se produce un cambio de fase. Este efecto es lineal y no producen distorsión en la señal de salida.
El ancho de banda de un amplificador operacional debe ser lo más grande posible. Debería ser capaz de amplificar la señal desde frecuencia cero. Por lo tanto, la ganancia de un amplificador operacional debe ser constante desde la frecuencia 0 hasta la frecuencia infinita. El ancho de banda se expresa en hercios.
Relación entre la velocidad de respuesta y el ancho de banda de máxima potencia
Suponiendo que la señal de entrada 
es una onda sinusoidal, podemos obtener el valor de la frecuencia máxima para la cual el amplificador produce una salida sin distorsión.
(1) 
Ahora, para un amplificador no inversor de ganancia unitaria , la salida es exactamente igual a la entrada.
Diferenciar la ecuación anterior en ambos lados que obtenemos,
(2) 
Ahora, 
será máximo cuando 
y el valor máximo de no sea más que la velocidad de respuesta S. Póngalo en la ecuación (2) que obtenemos,
(3) 
Dónde, 
= la frecuencia máxima de la señal en Hz
= el voltaje pico máximo de la señal
Reordenando el término en la ecuación (3), obtenemos
(4) 
La ecuación anterior indica la frecuencia más alta a la que la oscilación del voltaje de salida de pico a pico es igual al rango de voltaje de salida de CC. En otras palabras, es la frecuencia máxima para la que el amplificador produce una salida no distorsionada. Se denomina ancho de banda de máxima potencia . A veces también se describe como ancho de banda limitado de velocidad de respuesta .
Cálculo de la tasa de respuesta
Se requiere un amplificador operacional para amplificar una señal con un voltaje máximo de 5 voltios a una frecuencia de 20 kHz. Descubra una gran velocidad.
Dados los datos: 
,
Aplicaciones de Slew Rate
Algunas de las aplicaciones de Slew Rate incluyen:
- En los instrumentos musicales, los circuitos de movimiento se utilizan para proporcionar un deslizamiento de una nota a otra, es decir, portamento (también llamado deslizamiento o retraso).
- Los circuitos de variación se utilizan cuando el voltaje de control cambia lentamente a diferentes valores durante un período de tiempo.
- En ciertas aplicaciones de electrónica donde se requiere velocidad y la salida debe cambiar durante un período de tiempo, se utilizan funciones de respuesta generadas por software o circuitos de respuesta.
