Σχεδιασμός κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης κυκλώματος χρησιμοποιώντας Op-Amp

Σχεδιασμός κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης κυκλώματος χρησιμοποιώντας Op-Amp

Στα ηλεκτρονικά, ένα κύκλωμα δείγματος και κράτησης (S&H) είναι μια αναλογική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη λήψη της τάσης ενός συνεχώς μεταβαλλόμενου αναλογικού σήματος και κλειδώνει την τιμή του σε σταθερό επίπεδο για μια συγκεκριμένη ελάχιστη χρονική περίοδο. Αυτά τα κυκλώματα είναι οι βασικές αναλογικές συσκευές μνήμης. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε ADC (αναλογικοί σε ψηφιακοί μετατροπείς) για να απαλλαγούν από τις διαφορές στο σήμα εισόδου που μπορούν να βλάψουν τη διαδικασία αλλαγής. Ένα τυπικό κύκλωμα του δείγματος και της λαβής αποθηκεύει ηλεκτρικό φορτίο σε έναν πυκνωτή και συγκρατεί τουλάχιστον μία συσκευή εναλλαγής όπως ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου εναλλαγή και συνήθως ένα op-amp (λειτουργικός ενισχυτής) .



Για τη δειγματοληψία του σήματος i / p, ο διακόπτης ενώνει τον πυκνωτή με το o / p ενός ενισχυτή buffer. Αυτό ενισχυτής ενισχύει ο πυκνωτής έτσι ώστε η τάση στον πυκνωτή να είναι σχεδόν ίση ή ανάλογη με την τάση εισόδου. Σε κατάσταση αναμονής, ο διακόπτης διαχωρίζει τον πυκνωτή από το buffer. Ο πυκνωτής εκφορτώνεται πάντα από τα δικά του ρεύματα εκροής και χρήσιμα ρεύματα φορτίου, γεγονός που καθιστά το κύκλωμα ουσιαστικά ασταθές, αλλά η πτώση τάσης σε ένα συγκεκριμένο χρόνο κράτησης παραμένει εντός κατάλληλου περιθωρίου σφάλματος.


Τι είναι το κύκλωμα δείγματος και συγκράτησης;

Το κύκλωμα δείγματος & κράτησης είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα το οποίο καθιστά τα παραδείγματα τάσης που του δίδονται ως πληροφορίες, και από εκείνο το σημείο και μετά, κρατά αυτά τα δείγματα για το θετικό χρόνο. Ο χρόνος ανάμεσα στο δείγμα και το κύκλωμα συγκράτησης που παράγει το δείγμα σήματος i / p ονομάζεται χρόνος δειγματοληψίας. Αντίστοιχα, το χρονικό μήκος του κυκλώματος ανάμεσα στο οποίο διατηρεί την τιμή δειγματοληψίας ονομάζεται χρόνος κράτησης.





Δείγμα και κρατήστε κύκλωμα

Δείγμα και κρατήστε κύκλωμα

Γενικά, ο χρόνος δειγματοληψίας κυμαίνεται μεταξύ 1μs-14 μs ενώ ο χρόνος συγκράτησης μπορεί να αναμένει οποιαδήποτε τιμή είναι απαραίτητη στην εφαρμογή. Δεν θα είναι λάθος να δηλώσετε ότι ο πυκνωτής είναι ο πυρήνας του κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης. Αυτό συμβαίνει επειδή ο πυκνωτής που εκθέτει σε αυτήν φορτίζει στην μέγιστη τιμή του όταν ανοίγει ο διακόπτης, δηλαδή κατά τη δειγματοληψία και διατηρεί την επιθεωρούμενη τάση όταν ο διακόπτης είναι κλειστός.



Διάγραμμα δείγματος και συγκράτησης κυκλώματος

Το παρακάτω διάγραμμα κυκλώματος δείχνει το δείγμα και το κύκλωμα συγκράτησης με τη βοήθεια ενός Op-Amp. Από το διάγραμμα κυκλώματος προκύπτει ότι δύο op-amp συνδέονται μέσω ενός διακόπτη. Όταν ο διακόπτης είναι κλειδωμένος, η μέθοδος δειγματοληψίας θα έρθει στην εικόνα και όταν ο διακόπτης ξεκλειδωθεί, το αποτέλεσμα κράτησης θα είναι εκεί. Ο πυκνωτής που συνδέεται με το δεύτερο op-amp δεν είναι παρά ένας πυκνωτής συγκράτησης.

Δείγμα και κρατήστε κύκλωμα

Δείγμα και κρατήστε κύκλωμα

Χρησιμοποιώντας αυτό το δείγμα και κρατήστε κύκλωμα μπορούμε να πάρουμε δείγματα του αναλογικού σήματος, ακολουθούμενο από έναν πυκνωτή. Κρατά αυτά τα δείγματα για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Ως αποτέλεσμα αυτού, παράγεται ένα σταθερό σήμα, το οποίο μπορεί να μετατραπεί σε ψηφιακό σήμα με τη βοήθεια του ADC (αναλογικοί σε ψηφιακοί μετατροπείς) .


Δείγμα και κράτημα κυκλώματος σε λειτουργία

Η λειτουργία αυτού του κυκλώματος μπορεί απλώς να γίνει κατανοητή χρησιμοποιώντας τα εξαρτήματα που λειτουργούν. Τα κύρια συστατικά για την κατασκευή του δείγματος και το κύκλωμα συγκράτησης περιλαμβάνουν ένα N-channel Enhancement τύπου MOSFET, έναν πυκνωτή και έναν λειτουργικό ενισχυτή υψηλής ακρίβειας.

Ως στοιχείο εναλλαγής, χρησιμοποιείται το N-channel Enhancement MOSFET. Η τάση εισόδου δίνεται μέσω του ακροδέκτη αποστράγγισης και η τάση ελέγχου δίνεται επίσης μέσω του τερματικού πύλης. Όταν εφαρμόζεται ο + παλμός της τάσης ελέγχου, το MOSFET θα ενεργοποιηθεί κατάσταση. Και λειτουργεί ως κλειστός διακόπτης. Αντίθετα, όταν η τάση ελέγχου δεν είναι τίποτα τότε το MOSFET θα απενεργοποιηθεί και λειτουργεί ως ανοιχτός διακόπτης.

Δείγμα και κρατήστε κύκλωμα χρησιμοποιώντας Op-Amp

Δείγμα και κρατήστε κύκλωμα χρησιμοποιώντας Op-Amp

Όταν το MOSFET λειτουργεί ως κλειστός διακόπτης, το αναλογικό σήμα που του δίνεται μέσω του ακροδέκτη αποστράγγισης θα τροφοδοτηθεί στον πυκνωτή. Τότε ο πυκνωτής θα φορτίσει στην μέγιστη τιμή του. Όταν απελευθερωθεί ο διακόπτης, τότε ο πυκνωτής διακόπτει τη φόρτιση. Λόγω της υψηλής αντίστασης op-amp που είναι συνδεδεμένη στο άκρο του κυκλώματος, ο πυκνωτής θα γνωρίζει υψηλή αντίσταση λόγω αυτού δεν μπορεί να αποφορτιστεί

Αυτό οδηγεί στη διατήρηση της φόρτισης από τον πυκνωτή για το ακριβές χρονικό διάστημα. Αυτό μπορεί να αναφέρεται ως περίοδος διακράτησης. Και ο χρόνος κατά τον οποίο παράγονται δείγματα τάσης i / p ονομάζεται περίοδος δειγματοληψίας. Το o / p υποβλήθηκε σε επεξεργασία από το op-amp καθ 'όλη τη διάρκεια της περιόδου αναμονής. Επομένως, η περίοδος διατήρησης συνεπάγεται το Op-Amps.

Κυματομορφές εισόδου και εξόδου

Οι κυματομορφές του κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης όπως εξηγείται στο ακόλουθο διάγραμμα. Είναι σαφές από την κυματομορφή του κυκλώματος, ότι κατά την περίοδο ON ποια θα είναι η τάση στο o / p. Καθ 'όλη την περίοδο OFF η τάση που υπάρχει στο o / p του op-amp.

Φόρμες κυμάτων εισόδου και εξόδου

Κυματομορφές εισόδου και εξόδου

Δείγμα και κράτημα εφαρμογών κυκλώματος

Οι εφαρμογές του κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα

  • Δειγματοληψία παλμογράφων
  • Σύστημα διανομής δεδομένων
  • Ψηφιακά βολτόμετρα
  • Επεξεργασία αναλογικού σήματος
  • Κατασκευαστικά φίλτρα σημάτων
  • Σύστημα μετατροπής δεδομένων

Έτσι, αυτό αφορά το δείγμα και το κύκλωμα συγκράτησης. Με απλά λόγια, αυτό το κύκλωμα παράγει τα δείγματα του αναλογικού σήματος i / p και διατηρεί τις πιο πρόσφατες τιμές δειγματοληψίας για ακριβή χρόνο και το επαναλαμβάνει στο o / p. Ελπίζουμε να έχετε καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας. Επιπλέον, τυχόν απορίες σχετικά με αυτήν την ιδέα ή για την υλοποίηση ηλεκτρικών έργων παρακαλούμε δώστε τα σχόλιά σας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η λειτουργία του κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης;