Схема выборки и хранения

Схема выборки и хранения берет выборки из аналогового входного сигнала и удерживает их в течение определенного периода времени, а затем выводит выбранную часть входного сигнала. Эта схема полезна только для выборки входного сигнала за несколько микросекунд.

Схема выборки и хранения состоит из переключающих устройств, конденсатора и операционного усилителя. Конденсатор является сердцем схемы выборки и хранения, потому что именно он удерживает дискретизированный входной сигнал и подает его на выходе в соответствии с вводом команды. Эта схема в основном используется в аналого-цифровых преобразователях для устранения определенных вариаций входного сигнала, которые могут нарушить процесс преобразования.

Типичная блок-схема схемы выборки и хранения приведена ниже:

Обычно применяемый сигнал входного напряжения представляет собой непрерывно изменяющийся аналоговый сигнал. Командный ввод предназначен для запуска выборки и удержания входного сигнала. Командный ввод - это не что иное, как сигнал включения / выключения для запуска / остановки выборки входного сигнала, обычно это ШИМ. Процесс выборки и удержания зависит от ввода команды. Когда переключатель замкнут, сигнал дискретизируется, а когда он разомкнут, схема удерживает выходной сигнал. Состояние включения / выключения переключателя контролируется вводом команды.

Идеальная форма входного и выходного сигнала схемы выборки и хранения приведена ниже:

Из приведенной выше диаграммы можно ясно понять, что эта схема берет образцы входного сигнала в то время, когда Command Input имеет высокий уровень, и воспроизводит ту же выборку на выходе. И когда ввод команды LOW, он сохраняет последний уровень напряжения дискретизированного сигнала.

Если мы смоделируем нашу схему выборки и удержания, мы получим вышеуказанную форму волны. Полное видео моделирования схемы выборки и хранения приведено в конце.

Необходимый материал

• Микросхема операционного усилителя uA741
• 2N4339 N-канальный JFET
• Генератор аналогового и импульсного входов
• Резистор (10к, 10М)
• Диод (1N4007)
• Конденсатор (0,1 мкФ - 1 шт.)

Принципиальная электрическая схема

Для подачи аналогового сигнала на входной терминал можно использовать понижающий трансформатор 6-0-6. А для подачи импульсного или ШИМ-входа на транзистор вы можете использовать микросхему таймера 555 в нестабильном режиме. Нам также нужен источник постоянного тока для подачи напряжения постоянного тока на микросхему операционного усилителя, который будет находиться в диапазоне от +5 до +15 В.

Работа схемы выборки и хранения

Как видно на принципиальной схеме, мы использовали 2N4339 N-канальный полевой транзистор JFET, операционный усилитель и конденсатор. Командный вход (вход ШИМ) подключен к выводу затвора транзистора 2N4339. Как видно на принципиальной схеме, мы использовали 2N4339 N-канальный полевой транзистор JFET, операционный усилитель и конденсатор. Командный вход (вход ШИМ) подключен к выводу затвора транзистора 2N4339. Диод 1N4007 также подключен между командным входом и N-канальным полевым транзистором 2N4339.

Теперь возникает вопрос, почему диод включен в обратном состоянии? Позвольте мне кратко рассказать о 2N4339. 2N4339 - это N-канальный полевой транзистор с низким уровнем шума и высоким коэффициентом усиления. 2N4339 проводит (включается) только тогда, когда напряжение затвор-исток находится в диапазоне от -0,3 В до -50 В (макс.). Теперь мы установили начальное напряжение командного входа на -15 В и импульсное напряжение на 15 В. Таким образом, всякий раз, когда командное входное напряжение отрицательное, диод будет смещен в прямом направлении, что приведет к включению транзистора и наоборот.

Операционный усилитель 741 используется здесь как повторитель напряжения, потому что повторитель напряжения обычно имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Это используется, когда входной сигнал имеет низкий ток, потому что повторитель напряжения может подавать достаточный ток на следующую ступень.

Таким образом, всякий раз, когда командный ввод ВЫСОКИЙ, транзистор работает как замкнутый переключатель, и в этот момент конденсатор начинает заряжаться до своего пикового значения и сохраняет выборку входного сигнала, пока транзистор находится во включенном состоянии. Теперь, когда на командном входе установлен низкий уровень, транзистор работает как разомкнутый переключатель, и конденсатор будет испытывать высокий импеданс, из-за чего он не может разрядиться и удерживает заряд в течение определенного периода времени. Это время известно как период удержания. И время, в течение которого схема производит выборку входного сигнала, называется периодом выборки.

Некоторые применения схемы выборки и хранения

• АЦП (аналого-цифровое преобразование)
• ЦАП (цифро-аналоговое преобразование)
• В аналоговом демультиплексировании
• В линейных системах
• В системе распределения данных
• В цифровых вольтметрах
• Конструкционные фильтры входного сигнала