Signaalimuut

Signaalimuut (ingl slew rate) on elektroonikas kasutatav suurus, mis on defineeritud kui pinge, voolu, või mistahes muu elektrilise suuruse muut ajaühiku kohta. SI-süsteemis on mõõteühikuks volt sekundi kohta või amper sekundi kohta, kuid üldjuhul kasutatakse kujul volt mikrosekundi kohta, V/μs.

Elektroonikalülitustes võib olla defineeritud signaalimuudu minimaalsed ning maksimaalsed sobilikud väärtused. Elektroonikalülituse, näiteks operatsioonivõimendi, väljundis garanteerivad signaalimuudu minimaalne ja maksimaalne väärtus väljundi kiiruse muutmisvahemiku.

Operatsioonivõimendites võivad signaalimuuduga seotud piirangud tekitada mitte-lineaarseid tulemusi. Selleks, et signaalimuut ei piiraks sinusoidsete signaalide võimendamist, peaks süsteem vastama järgnevale tingimusele:

kus  on signaalimuut,  on sisendi sagedus ning  on lainekuju amplituud.

Tüüpiline signaalimuudu väärtus elektroonikaseadmetes on 10V/µs, aeglasemad võimendid 1V/µs, kiirematel 1000V/µs. Signaalimuut tuleneb operatsioonivõimendist, seega tagasiside ei mõjuta signaalimuutu.

Definitsioon

Signaalimuut elektroonikalülituses on defineeritud kui pinge muut ajaühiku kohta. Üldjuhul on signaalimuut kujul volt/µs.

 

kus  on võimendi poolt väljastatud signaal ajafunktsioonina.

Mõõtmine

Signaalimuutu saab mõõta signaaligeneraatori (üldjuhul kasutades ruutsignaali) ning ostsilloskoopi. Erinevatel temperatuuridel on võimendite signaalimuudud erinevad. Tüüpiliselt temperatuuri kasvades tõuseb ka signaalimuut.

Signaalimuudu mõju signaalile

Ideaalse võimendi puhul muutub väljundsignaal hetkeliselt, kuid reaalselt muutub see signaalimuudu poolt defineeritud kiirusel. See tekitab väljundsignaalis perioodi, kus väljundsignaali väärtus on eelneva väärtuse ning uue väärtuse vahepealne, kasvades lineaarselt. Aeglase signaalimuudu puhul võib kaasneda ka väljundi amplituudi langus - väljund ei jõua tõusta soovitud tasemele, seega kaob nii sisendsignaali kuju kui ka amplituud. Üldiselt muutuvad väljundsignaalid madala signaalimuudu mõjuna kolmnurksignaaliks.

Ruutsignaal

Ruutsignaali puhul on signaalimuudu mõju kergesti märgatav. Peale sisendsignaali muutumist kulub võimendil aega, et saavutada soovitud väljund - selle aja kulumise tekitab signaalimuut. Kui sisendsignaal on perioodiline ning selle sageduse tõusmisega kasvab soovitud väljundi muutumiskiirus üle signaalimuudu, siis hakkab kaduma sisendsignaali kuju ning ruutsignaal kaotab ära oma tipud, muutudes kolmnurkseks, või muutudes täielikult kolmnurksignaaliks. Kui signaalimuut on piisavalt kiire, et tipud jäävad alles, siis meenutab väljundsignaal kujult võrdhaarset trapetsit.

Sinusoidaalne signaal

Sinusoidaalsetel signaalidel on kõige suurem muutus nullkohtade ületamisel, seega peab meeles pidama valemit signaalimuudu arvutamiseks. Kui signaalimuut ei ole piisvalt suur, et tagada väljundi võimendamist, muutub ka sinusoidaalne signaal kolmnurksignaaliks, kaotades originaalse kuju.

Kolmnurksignaal

Kolmnurksignaal on tulemus, kui signaalimuut on liiga aeglane sisendsignaali muutmiseks. Kui võimendatakse kolmnurksignaali ning signaalimuut on madal, on väljundiks ikkagi kolmnurksignaal, kuid moonetega. Ebapiisava signaalimuudu puhul on tulemuse amplituud madalam ning tipud on võrreldes sisendsignaaliga nihkes, sest väljundsignaal jõuab soovitud väljundiga samale tasemele alles siis, kui sisendsignaal juba langeb või tõuseb, ehk kui väljundsignaal tõuseb või langeb, vastavalt.

Signaalimuut operatsioonivõimendites

Operatsioonivõimendite signaalimuudud on väga erinevad. Madala sageduse ning amplituudiga signaalid ei vaja võimekat operatsioonivõimendit. Mida suurem on signaalimuut, seda paremini suudab operatsioonivõimendi võimendada kõrgemate sagedustega signaale, seega tuleks valida võimendi kasutatava signaali sageduse ning amplituudi alusel ning kontrollida võimendi andmelehest signaalimuudu väärtust. Signaalimuutude vahe erinevatel operatsioonivõimenditel võib olla mitmetuhande kordne. Sobiva signaalimuudu valimiseks on saadaval mitmeid kalkulaatoreid, mis arvutavad signaalimuudu arvestades signaali sagedust ning amplituudi.

Signaalimuut audiotehnikas

Elektrooniliste muusikaliste instrumentidega kasutatakse võimendeid, millele mõjub ka signaalimuut. Audiosignaalid koosnevad sinusoididest, millel on omad amplituudid, seega peab olema kasutatav võimendi piisava signaalimuuduga, et võimaldada soovitud tulemuse saamist. Enamik võimenditest on kasutatavad kuulmispiirkonnas 50V amplituudidega. Sellisel juhul oleks vaja signaalimuutu ligikaudu 6.3V/µs.

Tihtipeale on võimendid paremad, kui on nõutud, tagades heli puhtuse ning moonutuste puuduse. Samuti eemaldavad paljud kallimad võimendid sagedused, mis on üle kuulmispiiri, sest neid inimene ei kuule seega tihti puudub vajadus võimendada.

Viited