采樣保持電路

定義：采樣和保持電路是一種電子電路，它創(chuàng)建作為輸入的電壓樣本，然后將這些樣本保持一定的時(shí)間。采樣保持電路對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生采樣的時(shí)間稱為采樣時(shí)間。同樣，電路保持采樣值的持續(xù)時(shí)間稱為保持時(shí)間。 采樣時(shí)間通常在1μs 至 14μs之間，而保持時(shí)間可以根據(jù)應(yīng)用需要采用任何值。

采樣保持電路

定義：采樣和保持電路是一種電子電路，它創(chuàng)建作為輸入的電壓樣本，然后將這些樣本保持一定的時(shí)間。采樣保持電路對(duì)輸入信號(hào)產(chǎn)生采樣的時(shí)間稱為采樣時(shí)間。同樣，電路保持采樣值的持續(xù)時(shí)間稱為保持時(shí)間。 采樣時(shí)間通常在1μs 至 14μs之間，而保持時(shí)間可以根據(jù)應(yīng)用需要采用任何值。 可以說(shuō)電容器是采樣保持電路的心臟，一點(diǎn)沒(méi)錯(cuò)。這是因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，即在采樣期間，其中存在的電容器充電至其峰值，并且當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)保持采樣電壓。

?

?

采樣保持電路電路圖

下圖顯示了借助運(yùn)算放大器的采樣和保持電路的電路。從電路圖中可以明顯看出，兩個(gè)運(yùn)算放大器通過(guò)開(kāi)關(guān)連接。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，采樣過(guò)程將進(jìn)入畫面，當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，將出現(xiàn)保持效果。

連接到第二運(yùn)算放大器的電容器只不過(guò)是保持電容器。

意義

現(xiàn)在，大家都知道什么是采樣保持電路了。但是促使我們轉(zhuǎn)向使用采樣保持電路的驅(qū)動(dòng)力是什么？要理解這一點(diǎn)，我們需要進(jìn)入溝通領(lǐng)域。我們都知道數(shù)字通信比模擬通信更好，但為什么呢？模擬通信有什么問(wèn)題？ 噪音干擾才是真正的罪魁禍?zhǔn)?。它降低了模擬通信的效率和可靠性。因此，在數(shù)字通信中，我們需要數(shù)字信號(hào)。但自然地，所有信號(hào)都是模擬的。這是我們需要采樣保持電路的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 借助采樣和保持電路，我們可以對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，然后使用電容器。它在特定時(shí)期內(nèi)保存這些樣本。因此，會(huì)生成恒定信號(hào)，可以借助模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

采樣和保持電路的工作原理

借助其組件的工作原理可以輕松理解采樣保持電路的工作原理。采樣保持電路的主要元件是一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOSFET、一個(gè)存儲(chǔ)和保持電荷的電容器和一個(gè)高精度運(yùn)算放大器。

N溝道增強(qiáng)型MOSFET將用作開(kāi)關(guān)元件。輸入電壓通過(guò)其漏極端子施加，控制電壓將通過(guò)其柵極端子施加。當(dāng)施加控制電壓的正脈沖時(shí)，MOSFET 將切換至導(dǎo)通狀態(tài)。它充當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)。相反，當(dāng)控制電壓為零時(shí)，MOSFET 將切換至截止?fàn)顟B(tài)并充當(dāng)打開(kāi)開(kāi)關(guān)。 當(dāng) MOSFET 充當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，通過(guò)漏極端子施加到其上的模擬信號(hào)將被饋送到電容器。然后電容器將充電至其峰值。當(dāng) MOSFET 開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，電容器停止充電。由于電路末端連接了高阻抗運(yùn)算放大器，電容器將經(jīng)歷高阻抗，因此無(wú)法放電。 這導(dǎo)致電容器在一定時(shí)間內(nèi)保持電荷。這個(gè)時(shí)間可以稱為持有期。生成輸入電壓樣本的時(shí)間稱為采樣周期。 保持期間的輸出由運(yùn)算放大器處理。因此，保持時(shí)間對(duì)于OP-AMPS具有重要意義。

輸入和輸出波形

圖中描述的波形清楚地描繪了圖片。從采樣和保持電路的波形可以明顯看出，在導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間內(nèi)輸出端的電壓是多少。在關(guān)閉期間，運(yùn)算放大器輸出端存在電壓。

連接

連接圖有助于我們更好地了解輸入電壓和控制電壓以及它們?nèi)绾螒?yīng)用于運(yùn)算放大器。使用的電容器應(yīng)該是通用的，以便它不存在任何泄漏。由聚四氟乙烯和聚乙烯制成的電容器將適合達(dá)到我們期望的目的。

在接線圖中，可以看到寫著LF 398，這只不過(guò)是采樣保持電路的特殊架構(gòu)IC。 這里需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)是模擬輸入信號(hào)和控制信號(hào)的頻率。為了保持采樣和保持電路的效率，觀察頻率非常重要?？刂齐妷旱念l率應(yīng)大于輸入電壓的頻率，以便在一個(gè)完整的周期內(nèi)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行兩次采樣。

功能圖

借助此圖，我們可以輕松解釋采樣和保持電路的工作原理。

性能參數(shù)

采集時(shí)間 (T AC )：電容器獲得施加到采樣和保持電路的輸入電壓的電荷所需的時(shí)間。它被稱為采集時(shí)間。

孔徑時(shí)間（T AP）：孔徑時(shí)間可以定義為電容器從采樣狀態(tài)改變到保持狀態(tài)所需的時(shí)間。由于開(kāi)關(guān)的傳播延遲，即使發(fā)出保持命令后，電容器仍會(huì)在短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)充電。這只不過(guò)是孔徑時(shí)間。

電壓降：電壓降是由于電容器電荷泄漏而導(dǎo)致電容器中的電壓下降。理想情況下，我們需要沒(méi)有任何泄漏的電容器，但實(shí)際上這是不可能的。無(wú)論我們使用多么優(yōu)質(zhì)的材料，都會(huì)存在一些電壓降。

保持模式穩(wěn)定時(shí)間：生成保持命令后，用于電容器充電的模擬輸入電壓需要一些時(shí)間才能完全穩(wěn)定。這稱為保持模式穩(wěn)定時(shí)間。

采樣保持電路的應(yīng)用

數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)

采樣示波器

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

數(shù)字電壓表

模擬信號(hào)處理

信號(hào)結(jié)構(gòu)濾波器

這就完成了采樣保持電路的詳細(xì)描述。因此，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，采樣和保持電路生成模擬輸入信號(hào)的樣本，并在一定時(shí)間內(nèi)保持最新的采樣值，并將其反映在輸出上。

審核編輯：黃飛

?