Зразок і утримання схеми

Circuit Sample and Hold Circuit бере зразки з аналогового вхідного сигналу і утримує їх протягом певного періоду часу, а потім виводить дискретизовану частину вхідного сигналу. Ця схема корисна лише для дискретизації вхідних сигналів на кілька мікросекунд.

Схема вибірки та утримання складається з комутаційних пристроїв, конденсатора та операційного підсилювача. Конденсатор - це серце схеми дискретизації та утримання, оскільки саме він утримує дискретизований вхідний сигнал і подає його на виході відповідно до вводу команди. Ця схема в основному використовується в аналого-цифрових перетворювачах для усунення певних змін у вхідному сигналі, що може пошкодити процес перетворення.

Типова блок-схема схеми вибірки та утримання згадується нижче:

Зазвичай застосовуваний сигнал вхідної напруги - це постійно змінюється аналоговий сигнал. Вхід команди передбачений для запуску дискретизації та утримання вхідного сигналу. Вхід команди - це не що інше, як сигнал увімкнення / вимкнення для запуску / зупинки дискретизації вхідного сигналу, це, як правило, ШІМ. Процес вибірки та утримання залежить від введення команди. Коли перемикач замкнутий, сигнал відбирається, а коли він розмикається, схема утримує вихідний сигнал. Станом увімкнення / вимкнення перемикача керує вхід команди.

Ідеальна форма сигналу вводу та виводу схеми вибірки та утримання наведена нижче:

З наведеної діаграми можна чітко зрозуміти, що ця схема бере зразки вхідного сигналу протягом часу, коли вхід команди є високим, і відтворює той самий зразок на виході. І коли вхід команди LOW, він зберігає останній рівень напруги дискретизованого сигналу.

Якщо ми змоделюємо нашу схему вибірки та утримання, ми отримаємо вищеописану форму сигналу. Повне відео для моделювання схеми зразка та утримання подано в кінці.

Необхідний матеріал

• uA741 Op-Amp IC
• 2N4339 N-канальний JFET
• Генератор аналогових входів та імпульсних входів
• Резистор (10k, 10M)
• Діод (1N4007)
• Конденсатор (0,1 мкФ - 1 нс)

Кругова діаграма

Для подачі аналогового сигналу на вхідний термінал ви можете використовувати понижувальний трансформатор 6-0-6. І для подачі імпульсу або ШІМ-входу на транзистор ви можете використовувати 555 таймер IC у нестабільному режимі. Нам також потрібне джерело постійного струму для подачі Vcc на мікросхему з підсилювачем, яке буде в діапазоні від +5 до + 15В.

Робота схеми вибірки та утримання

Як ви можете на схемі, ми використовували 2N4339 N-канальний JFET, операційний підсилювач та конденсатор. Командний вхід (ШІМ-вхід) підключений до затвора транзистора 2N4339. Як ви можете на схемі, ми використовували 2N4339 N-канальний JFET, операційний підсилювач та конденсатор. Командний вхід (ШІМ-вхід) підключений до затвора транзистора 2N4339. Діод 1N4007 також підключений між командним входом і 2N4339 N-канальним JFET.

Тепер питання в тому, чому діод підключений у зворотному стані? Дозвольте мені дати вам короткий вступ про 2N4339. 2N4339 - це N-канальний JFET з низьким рівнем шуму та високим коефіцієнтом посилення. 2N4339 проводить (увімкнути) лише тоді, коли напруга від джерела до джерела знаходиться в діапазоні від -0,3 до -50 в (макс.). Тепер ми встановили початкову напругу командного входу на -15 В і імпульсну напругу на 15 В. Отже, коли вхідна напруга команди від’ємна, діод буде зміщений вперед, що змусить транзистор увімкнутись і навпаки.

Операційний підсилювач 741 тут використовується як перетворювач напруги, оскільки перетворювач напруги, як правило, має високий вхідний опір і низький вихідний опір. Це використовується, коли вхідний сигнал низької струму, оскільки послідовник напруги може подавати достатній струм на наступний етап.

Отже, коли вхід команди ВИСОКИЙ, транзистор працює як замкнутий перемикач, і в цей момент конденсатор починає заряджатися до свого пікового значення і зберігає вибірку вхідного сигналу за той час, коли транзистор увімкнений. Тепер, коли вхід команди LOW, транзистор працює як розімкнений перемикач, і конденсатор буде відчувати високий імпеданс, і через це він не може розряджатися і утримує заряд протягом певного періоду часу. Цей час відомий як Період утримання. І час, протягом якого схема відбирає вхідний сигнал, називається періодом дискретизації.

Деякі додатки схеми вибірки та утримання

• АЦП (аналого-цифрове перетворення)
• ЦАП (цифро-аналогове перетворення)
• В аналоговому демультиплексуванні
• У лінійних системах
• У системі розподілу даних
• У цифрових вольтметрах
• У конструкторських фільтрах сигналів