Obwód próbkujący i utrzymujący

Układ próbkowania i utrzymywania pobiera próbki z analogowego sygnału wejściowego i przetrzymuje je przez określony czas, a następnie wyprowadza próbkowaną część sygnału wejściowego. Ten obwód jest przydatny tylko do próbkowania kilku mikrosekund sygnału wejściowego.

Obwód próbkowania i podtrzymywania składa się z urządzeń przełączających, kondensatora i wzmacniacza operacyjnego. Kondensator jest sercem obwodu próbkowania i utrzymywania, ponieważ to on utrzymuje próbkowany sygnał wejściowy i dostarcza go na wyjście zgodnie z wejściem polecenia. Ten obwód jest najczęściej używany w przetwornikach analogowo-cyfrowych do usuwania pewnych odchyleń sygnału wejściowego, które mogą zakłócać proces konwersji.

Typowy schemat blokowy obwodu próbkowania i podtrzymania jest przedstawiony poniżej:

Ogólnie stosowany sygnał napięcia wejściowego jest stale zmieniającym się sygnałem analogowym. Wejście sterujące służy do wyzwalania próbkowania i zatrzymywania sygnału wejściowego. Wejście sterujące to nic innego jak sygnał włączania / wyłączania do rozpoczęcia / zatrzymania próbkowania sygnału wejściowego, ogólnie jest to PWM. Proces próbkowania i wstrzymania zależy od wejścia polecenia. Gdy przełącznik jest zamknięty, sygnał jest próbkowany, a gdy jest rozwarty, obwód utrzymuje sygnał wyjściowy. Stan włączenia / wyłączenia przełącznika jest kontrolowany przez wejście sterujące.

Idealny przebieg wejściowy i wyjściowy obwodu próbkowania i podtrzymania jest podany poniżej:

Z powyższego schematu jasno wynika, że ​​obwód ten pobiera próbki sygnału wejściowego przez czas, w którym sygnał wejściowy polecenia jest wysoki i replikuje tę samą próbkę na wyjściu. A gdy wejście sterujące jest LOW, utrzymuje ostatni poziom napięcia próbkowanego sygnału.

Jeśli zasymulujemy nasz obwód próbkowania i wstrzymania, otrzymamy powyższy przebieg. Pełne wideo z symulacją przykładowego i podtrzymującego obwodu znajduje się na końcu.

Wymagany materiał

• Układ scalony wzmacniacza operacyjnego uA741
• 2N4339 N-kanałowy JFET
• Generator wejść analogowych i impulsowych
• Rezystor (10 k, 10 M)
• Dioda (1N4007)
• Kondensator (0,1 uf - 1nos)

Schemat obwodu

Aby zapewnić sygnał analogowy na zacisku wejściowym, można użyć transformatora obniżającego napięcie 6-0-6. A do podania sygnału wejściowego impulsowego lub PWM do tranzystora można użyć układu scalonego timera 555 w trybie astabilnym. Potrzebujemy również zasilania DC do dostarczania Vcc do układu scalonego wzmacniacza operacyjnego, który będzie w zakresie od +5 do + 15V.

Działanie obwodu próbkowania i utrzymywania

Jak widać na schemacie obwodu, użyliśmy 2N4339 N-kanałowego JFET, wzmacniacza operacyjnego i kondensatora. Wejście sterujące (wejście PWM) jest podłączone do zacisku bramki tranzystora 2N4339. Jak widać na schemacie obwodu, użyliśmy 2N4339 N-kanałowego JFET, wzmacniacza operacyjnego i kondensatora. Wejście sterujące (wejście PWM) jest podłączone do zacisku bramki tranzystora 2N4339. Dioda 1N4007 jest również podłączona między wejściem sterującym a N-kanałowym JFET-em 2N4339.

Teraz pytanie, dlaczego dioda jest podłączona w odwrotnym stanie? Pozwólcie, że przedstawię krótkie wprowadzenie na temat 2N4339. 2N4339 to N-kanałowy JFET o niskim poziomie szumów i wysokim wzmocnieniu. 2N4339 przewodzi (włącza się) tylko wtedy, gdy napięcie między bramką a źródłem mieści się w zakresie od -0,3 V do -50 V (maks.). Teraz ustawiliśmy napięcie początkowe wejścia sterującego na -15V i napięcie pulsacyjne na 15V. Tak więc, ilekroć napięcie wejściowe polecenia jest ujemne, dioda będzie spolaryzowana do przodu, co spowoduje włączenie tranzystora i odwrotnie.

Wzmacniacz operacyjny 741 jest tutaj używany jako wtórnik napięciowy, ponieważ wtórnik napięciowy ma generalnie wysoką impedancję wejściową i niską impedancję wyjściową. Jest to używane, gdy sygnał wejściowy ma niski prąd, ponieważ wtórnik napięciowy może dostarczyć wystarczający prąd do następnego stopnia.

Tak więc, ilekroć wejście sterujące jest WYSOKIE, tranzystor pracuje jako zamknięty przełącznik iw tym momencie kondensator zaczyna ładować się do swojej wartości szczytowej i przechowuje próbkę sygnału wejściowego dla czasu, gdy tranzystor jest włączony. Teraz, gdy wejście sterujące jest LOW, tranzystor działa jako otwarty przełącznik, a kondensator doświadczy wysokiej impedancji, przez co nie może zostać rozładowany i utrzymuje ładunek przez określony czas. Ten czas jest znany jako okres wstrzymania. A czas, w którym obwód próbkuje sygnał wejściowy, nazywany jest okresem próbkowania.

Niektóre zastosowania obwodu próbkowania i utrzymywania

• ADC (konwersja analogowo-cyfrowa)
• DAC (konwersja cyfrowo-analogowa)
• W demultipleksowaniu analogowym
• W systemach liniowych
• W systemie dystrybucji danych
• W woltomierzach cyfrowych
• W filtrach konstrukcyjnych sygnału