L'amplificatore operazionale reale: lo slew-rate

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L'uscita di un amplificatore operazionale ideale può variare istantaneamente, passando da un valore di tensione ad un altro in un tempo nullo.

La tensione in uscita di un amplificatore reale, invece, può variare solo con una velocità limitata, tipica di ciascun operazionale, indicata con il temine di slew rate (SR) e misurata in volt/secondi. In pratica, la tensione di uscita, invece di aumentare o diminuire seguendo l'andamento previsto nel circuito ideale ideale, cresce o diminuisce con una pendenza sempre minore o uguale allo SR. Matematicamente si può dire la derivata della tensione di uscita non può superare il valore dello SR.

Il valore dello slew rate è in genere fornito dal produttore dell'amplificatore operazionale e non dipende (in prima approssimazione) della configurazione utilizzata, dal guadagno o dalla forma del segnale di ingresso. Nell'esempio che segue, si può leggere che la tensione di uscita può variare (tipicamente, seconda colonna) fino ad un massimo di 17 volt in un microsecondo.

Slee rate

La seguente figura mostra come appare l'uscita di un operazionale reale (lo stesso al quale si riferisce la tabella) al cui ingresso è applicata un'onda quadra. In un amplificatore ideale il passaggio tra -10V e +10V dovrebbe essere istantaneo (linea verticale). In realtà impiega per compiere questa variazione un tempo leggermente superiore a 1 us (un "quadretto" nel grafico). La stessa cosa accade nel tratto di discesa.

Slew Rate: risposta all'onda quadra

Come si può facilmente intuire, lo slew rate ha effetti negativi che crescono sia con la frequenza che con l'ampiezza del segnale di uscita. A volte i produttori forniscono un grafico che mostra la massima ampiezza del segnale di uscita (supposto sinusoidale) in funzione della frequenza: per non avere distorsione occorre che frequenza e ampiezza siano in punto al di sotto della curva.

Massima ampiezza in funzione della frequenza

E' bene precisare che lo slew rate è significativo solo se la tensione di uscita è sufficientemente grande, cioè maggiore di qualche centinaio di mV (tecnicamente si parla di grandi segnali, in contrapposizione a piccoli segnali). In caso contrario occorre considerare solo gli eventuali effetti del GBW che, pur riguardando sempre la "velocità" dell'operazionale, è concettualmente una grandezza diversa ed indipendente, con origini ed effetti diversi.