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理想运放是一种电压放大器，具有无限的输入阻抗，零输出阻抗和无限的带宽。然而，在现实世界中，由于半导体制造小缺陷、温度效应等因素，这些参数将是有限的。
然而，除了上面的参数，有一个参数常常被忽视，但却很中澳，那就是压摆率（Slew Rate）。它不是寄生效应，而是一种有意降低运放速度以确保稳定性的操作。
在本文中，我们将学习运算放大器的压摆率，它的来源，并对经典的741运放进行一些计算。
啥是压摆率
压摆率是指运放的输入变化时，运放随之改变其输出电压的速度有多快。
通常以伏特每单位时间的单位来测量压摆率，更常见的是以伏特每微秒（V/µs）为单位。理想运放具有无限的压摆率，意味着它可以在输入变化时立即改变其输出。
下面的图示展示了运放对阶跃输入（step input）的输出：
上图清楚地显示了运放具有有限的上升时间，电压随时间线性增加。输出电压随时间的斜率就是压摆率。
为什么运放需要有限的压摆率？
为了确保输出其输出信号的稳定性，通过使用补偿电容来，运放有意限制了输出摆幅，从而限制了输出的压摆率。
下面的图示显示了补偿和未补偿运放的效果：
尽管未补偿的运放更快，因为上升和下降沿速度较快，但存在着振铃（ringing ）现象，这可能会导致稳定性问题。
补偿是通过在运放的驱动级添加米勒电容来实现的。
上图中，补偿电容是C1，具有30pF的小值。它被放置在输出晶体管驱动器的输入和输出之间。这可以简化为下图所示。
上图中，在基极和集电极之间添加了一个电容。这个电容有时被称为米勒电容（Miller capacitor ），因为它类似于BJT晶体管的基极和集电极之间的寄生米勒电容。
当输入上升时，集电极上的输出开始下降。这在电容上创建了电压差，并且电流开始流经它。
根据电容的电压、电流、电容和时间之间的简单关系式：
I/C = ΔV/Δt
我们可以理解电容上的电压是线性增加的。这个电压出现在输出上，看起来像一个斜坡波形。这阻止了输出在输入变化时突然改变，输出压摆率由补偿电容和驱动电流的电容决定。这个基本原理被用来补偿几乎所有的运放。
为什么运放有压摆率限制？
运放有压摆率限制的最重要原因是稳定性。在输出相移超过180度的频率上具有足够高增益的放大器可能会振荡（oscillate）。
高压摆率意味着信号包含高频成分，这可能会导致问题。补偿电容会低通滤波这些高频成分，因此输出压摆率会减小。
如何计算运放的压摆率？
有两种方法可以用于测量压摆率。第一种方法是使用示波器测量输出摆幅，然后使用下面的压摆率公式计算压摆率：
Slew Rate = (Vi – Vf)/(ti – tf)
其中
Vi 是初始电压
Vf 是最终电压
ti 是测量初始电压的时间
tf 是测量最终电压的时间
压摆率的单位总是以伏特每微秒给出。使用示波器的光标功能很容易进行这种测试。
现在，如果我们应用相同的公式来计算理想运放的情况，时间延迟（ti - tf）将为零，因此压摆率将为无穷大。因此，理论上，理想运放的压摆率将始终为无穷大。
通常，初始电压被取为最大值的10%，而最终电压被取为最大值的90%，因为这是常见的上升时间测量范围。压摆率值总是包含在各个运放的数据手册中。
一个例子 741 运放的压摆率
LM741是一个经典的运放，已经存在很长时间，非常适合这个示例。在每个运放的数据表中，都可以找到大信号输出响应的图表。
上图中，可以清楚地看到输出电压以固定的斜率变化。
以下降沿为例，它从70µs开始，到90µs结束，时间差为20µs，电压幅度为10V（从-5V到 5V），使用上面的公式，我们得到压摆率为0.5V/µs，这与数据表中的数值完全相符。
总结
本文学习了运放的压摆率（slew rate）的概念、测量方法和计算公式，以及压摆率对运放性能的影响。
