Schaltungsentwurf der Abtast- und Halteschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers

In der Elektronik ist eine Sample-and-Hold-Schaltung (S & H) ein analoges Gerät, mit dem die Spannung eines sich ständig ändernden analogen Signals gemessen und dessen Wert für einen bestimmten kürzesten Zeitraum auf einem stabilen Niveau gehalten wird. Diese Schaltungen sind die grundlegenden analogen Speichervorrichtungen. Sie werden normalerweise in ADC (Analog-Digital-Wandlern) verwendet, um Unterschiede im Eingangssignal zu beseitigen, die den Änderungsprozess beschädigen können. Eine typische Schaltung der Probe und des Haltens speichert elektrische Ladung in einem Kondensator und hält mindestens eine Schaltvorrichtung wie eine Feldeffekttransistor Schalter und normalerweise eine Operationsverstärker (Operationsverstärker) .

Um das I / P-Signal abzutasten, verbindet der Schalter den Kondensator mit dem O / P eines Pufferverstärkers. Dies Verstärker verstärkt den Kondensator so, dass die Spannung am Kondensator nahezu gleich oder proportional zur Eingangsspannung ist. In Halteform trennt der Schalter den Kondensator vom Puffer. Der Kondensator wird immer durch seine eigenen Abflussströme und hilfreichen Lastströme entladen, was die Schaltung im Wesentlichen instabil macht, aber der Spannungsabfall in einer bestimmten Haltezeit bleibt innerhalb einer geeigneten Fehlergrenze.

Was ist eine Sample and Hold-Schaltung?

Die Sample & Hold-Schaltung ist eine elektronische Schaltung Dies macht die Beispiele der Spannung, die ihm als Information gegeben werden, und von diesem Punkt an hält es diese Abtastwerte für die positive Zeit. Die Zeit, in der die Abtast- und Halteschaltung die Abtastung des I / P-Signals erzeugt, wird als Abtastzeit bezeichnet. Entsprechend wird die Zeitdauer der Schaltung, in der sie den abgetasteten Wert enthält, als Haltezeit bezeichnet.

Sample and Hold Circuit

Im Allgemeinen liegt die Abtastzeit zwischen 1 us und 14 us, während die Haltezeit jeden Wert erwarten kann, der für die Anwendung erforderlich ist. Es ist nicht falsch zu behaupten, dass der Kondensator der Kern der Abtast- und Halteschaltung ist. Dies liegt daran, dass der darin enthaltene Kondensator beim Öffnen des Schalters, d. H. Während der Abtastung, auf seinen Spitzenwert aufgeladen wird und die geprüfte Spannung hält, wenn der Schalter geschlossen wird.

Sample and Hold-Schaltplan

Das folgende Schaltbild zeigt die Abtast- und Halteschaltung mit Hilfe eines Operationsverstärkers. Aus dem Schaltplan geht hervor, dass zwei Operationsverstärker über einen Schalter miteinander verbunden sind. Wenn der Schalter gesperrt ist, wird eine Abtastmethode in das Bild eingefügt, und wenn der Schalter entsperrt ist, wird das Halteergebnis angezeigt. Der mit dem zweiten Operationsverstärker verbundene Kondensator ist nichts anderes als ein Haltekondensator.

Sample and Hold Circuit

Mit dieser Sample-and-Hold-Schaltung können wir Samples des analogen Signals erhalten, gefolgt von einem Kondensator. Es hält diese Proben für eine bestimmte Zeit. Dadurch wird ein stabiles Signal erzeugt, das mit Hilfe von in das digitale Signal umgewandelt werden kann ADC (Analog-Digital-Wandler) .

Sample and Hold Circuit funktioniert

Die Funktionsweise dieser Schaltung kann einfach anhand der Funktionsweise ihrer Komponenten verstanden werden. Die Hauptkomponenten zum Aufbau der Abtast- und Halteschaltung umfassen einen MOSFET vom N-Kanal-Verstärkungstyp, einen Kondensator und einen hochgenauen Operationsverstärker.

Als Schaltelement wird der N-Kanal-Enhancement-MOSFET verwendet. Die Eingangsspannung wird über die Drain-Klemme und die Steuerspannung auch über die Gate-Klemme abgegeben. Wenn der + ve Impuls der Steuerspannung angelegt wird, der MOSFET wird aktiviert. Und es funktioniert als geschlossener Schalter. Im Gegenteil, wenn die Steuerspannung nichts ist, ist der MOSFET deaktiviert und arbeitet als offener Schalter.

Sample and Hold Circuit mit Operationsverstärker

Wenn der MOSFET als geschlossener Schalter arbeitet, wird das ihm über den Drain-Anschluss gegebene analoge Signal dem Kondensator zugeführt. Dann lädt sich der Kondensator auf seinen Spitzenwert auf. Wenn der Schalter losgelassen wird, wird der Kondensator nicht mehr aufgeladen. Aufgrund des hochohmigen Operationsverstärkers, der am Schaltungsende angeschlossen ist, erkennt der Kondensator eine hohe Impedanz, da er nicht entladen werden kann

Dies führt dazu, dass die Ladung für die genaue Zeitdauer vom Kondensator gehalten wird. Dies kann als Haltedauer bezeichnet werden. Die Zeit, in der Abtastwerte der I / P-Spannung erzeugt werden, wird als Abtastperiode bezeichnet. Das vom Operationsverstärker während der gesamten Haltedauer verarbeitete O / P. Die Haltedauer hat also Auswirkungen auf die Operationsverstärker.

Eingangs- und Ausgangswellenformen

Die Wellenformen der Abtast- und Halteschaltung, wie im folgenden Diagramm erläutert. Aus der Wellenform der Schaltung geht hervor, dass während der EIN-Periode die Spannung am O / P sein wird. Während der AUS-Periode die Spannung, die am O / P des Operationsverstärkers anliegt.

Eingangs- und Ausgangswellenformen

Sample and Hold Circuit-Anwendungen

Die Anwendungen der Abtast- und Halteschaltung umfassen die folgenden

• Probenahme-Oszilloskope
• Datenverteilungssystem
• Digitale Voltmeter
• Analoge Signalverarbeitung
• Signalkonstruktionsfilter
• Datenkonvertierungssystem

Hier dreht sich also alles um die Abtast- und Halteschaltung. In einfachen Worten, diese Schaltung erzeugt die Abtastwerte des analogen I / P-Signals und enthält die neuesten Abtastwerte für die genaue Zeit und repliziert sie am O / P. Wir hoffen, dass Sie dieses Konzept besser verstehen. Bei Fragen zu diesem Konzept oder zur Umsetzung von Elektroprojekten geben Sie bitte Ihr Feedback, indem Sie im Kommentarbereich unten einen Kommentar abgeben. Hier ist eine Frage für Sie, welche Funktion hat die Abtast- und Halteschaltung?