imported>Saure: /* Anwendung */

2024-01-22T09:08:37Z

Anwendung

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In einer elektronischen [[Verstärker (Elektrotechnik)|Verstärker]]- oder [[Leitungstreiber|Treiberschaltung]] kann bei einer schnellen Änderung der Eingangsspannung unter Umständen die Ausgangsspannung nicht genauso schnell folgen. In der [[Elektronik]] gibt es eine als '''slew rate''' bezeichnete maximale [[Flankensteilheit]] oder maximale Anstiegs- oder Abfallgeschwindigkeit ('''Anstiegsrate'''), mit der sich die Ausgangsspannung über den Aussteuerbereich ändern kann.
[[Datei:Slew-rate.svg|mini|Im zeitlichen Verlauf nimmt ein Rechteckimpuls (rot) beim Passieren eines Verstärkers geneigte Flanken an (grün); idealisierte Darstellung]]

== Definition ==
Die ''slew rate'' <math>\mathrm{SR}</math> ist die maximale [[Spannungsanstiegsgeschwindigkeit]] der Ausgangsspannung <math>u_\mathrm a(t)</math>, wenn am Eingang eine [[Rechteckschwingung]] anliegt, die den Verstärker vollständig aufsteuert (Großsignal-Antwort):<ref name="TS">Ulrich Tietze, Christoph Schenk: ''Halbleiter-Schaltungstechnik.'' 10. Auflage. Springer, 1993, S. 151.</ref><ref name="Böhmer" />

:<math>\mathrm{SR} = \left| \frac{\mathrm du_\mathrm a(t)}{\mathrm dt} \right|_\max</math>
Die Begrenztheit des Anstiegs hat nicht nur Einfluss auf sprunghafte, sondern auch [[Stetige Funktion|stetige]] Vorgänge. Für eine [[Sinusspannung|sinusförmige Spannung]]

[[Datei:slew rate sinus.png|mini|Ein Sinusverlauf (rot) kann infolge der ''slew rate'' stückweise abgeflacht werden zu einem Linearverlauf (grün)]]

:<math>u(t) = \hat u \sin(2\pi f t)</math>
ist die [[Steigung]] <math>u'(t) =\frac{\mathrm du}{\mathrm dt}</math> am größten im [[Nulldurchgang]]:

:<math>\left|u'(t) \right|_\max =u'(0) = 2\pi f \hat u \cos(2 \pi f t) \bigg|_{t=0} = 2\pi f \hat u</math>
Die für eine unverfälschte Übertragung benötigte ''slew rate'' ist also [[proportional]] zur Signal[[amplitude]] <math>\hat u</math> und zur [[Frequenz]] <math>f</math>. Umgekehrt, bei einer nur begrenzt verfügbaren ''slew rate'', überträgt ein Verstärker ein Signal mit großer Amplitude möglicherweise weniger korrekt als ein kleines Signal. Für eine unverzerrte Sinusschwingung am Ausgang legt die ''slew rate'' eine von der Amplitude abhängige ''Großsignal-[[Grenzfrequenz]]'' fest:<ref name="Stiny">Leonhard Stiny: ''Aktive elektronische Bauelemente: Aufbau, Struktur, Wirkungsweise, Eigenschaften, und praktischer Einsatz diskreter und integrierter Halbleiter-Bauelemente.'' 4. Auflage, Springer Vieweg, 2019, S. 500ff.</ref>

:<math>f_\max =\frac{\mathrm{SR}}{2\pi \hat u_\mathrm a}</math>

== Auswirkung ==
Konsequenzen aus der Begrenzung des Übertragungsverhalten durch die ''slew rate'' sind:<ref name="Böhmer">Erwin Böhmer: ''Elemente der angewandten Elektronik: Kompendium für Ausbildung und Beruf.'' 5. Auflage. Vieweg, 1987, Seite 302.</ref><ref name="Stiny" />
* Einer sprunghaften Änderung der Eingangsspannung folgt die Ausgangsspannung nur mit begrenzter Geschwindigkeit und dadurch unscharf verzögert.
* Einer sinusförmigen Eingangsspannung folgt die Ausgangsspannung nahezu dreieckförmig [[Verzerrung (Elektrotechnik)|verzerrt]], sobald die Änderung der Eingangsspannung eine höhere Anstiegsgeschwindigkeit erfordert als der Verstärker mit seiner ''slew rate'' zur Verfügung stellt.

== Anwendung ==
Bei [[Operationsverstärker]]n ist außer bei Gleichspannungsanwendungen das dynamische Verhalten zu beachten. Als Kenngrößen zur Auswahl eines geeigneten Verstärker-Typs werden in Datenblättern sowohl die ''slew rate'' (sie betrifft das [[Großsignalverhalten]]) als auch die [[Transitfrequenz]] (sie betrifft das [[Kleinsignalverhalten]]) angegeben. Die ''slew rate'' liegt bei Universal-Operationsverstärkern vorzugsweise im Bereich 0,2 bis 50 V/µs ([[Volt]] pro [[Mikrosekunde]]). In Hochgeschwindigkeits-Ausführungen reicht sie bis etwa 5000 V/µs. Sie ist eine Eigenschaft des jeweiligen Typs und durch Schaltungsauslegung nicht veränderbar.<ref name="TS" />

Bei Verstärkern zur Anwendung als [[Komparator (Analogtechnik)|Komparator]], bei denen die interne Frequenzgangkorrektur weggelassen wird, „verbessern sich Slew Rate und Erholzeit ganz enorm“.<ref>Ulrich Tietze, Christoph Schenk: ''Halbleiter-Schaltungstechnik.'' 10. Auflage. Springer, 1993, S. 181.</ref>

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Verstärkertechnik]]

Slew rate - Versionsgeschichte

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