Δείγμα και συγκράτηση κυκλώματος

Το δείγμα και το κύκλωμα κράτησης λαμβάνουν δείγματα από το αναλογικό σήμα εισόδου και τα κρατούν για συγκεκριμένη χρονική περίοδο και στη συνέχεια εξάγει το δείγμα του σήματος εισόδου. Αυτό το κύκλωμα είναι χρήσιμο μόνο για δειγματοληψία μερικών μικροδευτερολέπτων σήματος εισόδου.

Ένα κύκλωμα δείγματος και συγκράτησης αποτελείται από συσκευές εναλλαγής, πυκνωτή και έναν λειτουργικό ενισχυτή. Ο πυκνωτής είναι η καρδιά του κυκλώματος δειγματοληψίας και συγκράτησης επειδή είναι αυτός που κρατά το σήμα εισόδου δείγματος και το παρέχει στην έξοδο σύμφωνα με την εντολή εισόδου. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον σε μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό για την αφαίρεση ορισμένων παραλλαγών στο σήμα εισόδου, οι οποίες ενδέχεται να καταστρέψουν τη διαδικασία μετατροπής.

Ένα τυπικό διάγραμμα μπλοκ του κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης αναφέρεται παρακάτω:

Γενικά το εφαρμοζόμενο σήμα τάσης εισόδου είναι ένα συνεχώς μεταβαλλόμενο αναλογικό σήμα. Παρέχεται είσοδος εντολής για την ενεργοποίηση της δειγματοληψίας και της κράτησης σήματος εισόδου. Η είσοδος εντολής δεν είναι παρά ένα σήμα on / off για έναρξη / διακοπή δειγματοληψίας σήματος εισόδου, είναι γενικά PWM. Η διαδικασία δειγματοληψίας και κράτησης εξαρτάται από την είσοδο εντολών. Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, λαμβάνεται δείγμα από το σήμα και όταν είναι ανοιχτό, το κύκλωμα κρατά το σήμα εξόδου. Η κατάσταση On / OFF του διακόπτη ελέγχεται από την είσοδο εντολών.

Η ιδανική κυματομορφή εισόδου και εξόδου του κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης δίνεται παρακάτω:

Από το παραπάνω διάγραμμα μπορεί να γίνει κατανοητό ότι αυτό το κύκλωμα λαμβάνει δείγματα σήματος εισόδου για το χρόνο που η εντολή εισόδου είναι υψηλή και αναπαράγει το ίδιο δείγμα στην έξοδο. Και όταν η είσοδος εντολής είναι χαμηλή, διατηρεί το τελευταίο επίπεδο τάσης του δείγματος σήματος.

Εάν προσομοιώσουμε το κύκλωμα δειγμάτων και συγκράτησης, θα λάβουμε την παραπάνω κυματομορφή. Το πλήρες βίντεο προσομοίωσης κυκλώματος δείγματος και κράτησης δίνεται στο τέλος.

Απαιτούμενο υλικό

• uA741 Op-Amp IC
• 2N4339 N-κανάλι JFET
• Γεννήτρια αναλογικής εισόδου και παλμού
• Αντίσταση (10k, 10M)
• Δίοδος (1N4007)
• Πυκνωτής (0.1uf - 1nos)

Διάγραμμα κυκλώματος

Για την παροχή αναλογικού σήματος στο τερματικό εισόδου μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μετασχηματιστή 6-0-6. Και, για να δώσετε παλμούς ή είσοδο PWM στο τρανζίστορ, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε 555 χρονοδιακόπτη IC σε κατάσταση αστάθειας. Χρειαζόμαστε επίσης τροφοδοσία DC για την παροχή Vcc στο Op-amp IC που θα κυμαίνεται από +5 έως + 15V.

Λειτουργία κυκλώματος δείγματος και συγκράτησης

Όπως μπορείτε στο διάγραμμα κυκλώματος, έχουμε χρησιμοποιήσει 2N4339 N-channel JFET, ένα op-amp και έναν πυκνωτή. Μια είσοδος εντολής (είσοδος PWM) συνδέεται με τον τερματικό πύλης του τρανζίστορ 2N4339. Όπως μπορείτε στο διάγραμμα κυκλώματος, έχουμε χρησιμοποιήσει 2N4339 N-channel JFET, ένα op-amp και έναν πυκνωτή. Μια είσοδος εντολής (είσοδος PWM) συνδέεται με τον τερματικό πύλης του τρανζίστορ 2N4339. Μια δίοδος 1N4007 συνδέεται επίσης μεταξύ της εισόδου εντολών και του 2Ν4339 Ν-καναλιού JFET.

Τώρα, το ερώτημα είναι γιατί η δίοδος συνδέεται σε αντίστροφη κατάσταση; Επιτρέψτε μου να σας δώσω μια σύντομη εισαγωγή για το 2N4339. Το 2N4339 είναι ένα JFET N-καναλιών με χαμηλό θόρυβο και υψηλό κέρδος. Το 2N4339 πραγματοποιεί (ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ) μόνο όταν η τάση πύλης προς πηγή κυμαίνεται από -0,3v έως -50v (μέγ.). Τώρα, έχουμε ρυθμίσει την αρχική τάση της εισόδου εντολών στα -15V και την παλμική τάση στα 15V. Έτσι, κάθε φορά που η τάση εισόδου εντολών είναι αρνητική, η δίοδος θα προκαλείται μεροληπτική προς τα εμπρός, η οποία προκαλεί την ενεργοποίηση του τρανζίστορ και το αντίστροφο.

Το Op-amp 741 χρησιμοποιείται ως ακόλουθος τάσης, επειδή ο ακόλουθος τάσης έχει γενικά υψηλή αντίσταση εισόδου και χαμηλή αντίσταση εξόδου. Αυτό χρησιμοποιείται όταν το σήμα εισόδου έχει χαμηλό ρεύμα επειδή ο ακόλουθος τάσης μπορεί να παρέχει επαρκές ρεύμα στο επόμενο στάδιο.

Έτσι, κάθε φορά που η είσοδος εντολής είναι ΥΨΗΛΗ, το τρανζίστορ λειτουργεί ως κλειστός διακόπτης και αυτή τη στιγμή ο πυκνωτής αρχίζει να φορτίζει στην μέγιστη τιμή του και αποθηκεύει το δείγμα του σήματος εισόδου για το χρόνο που το τρανζίστορ είναι σε κατάσταση. Τώρα, όταν η είσοδος εντολής είναι χαμηλή, το τρανζίστορ λειτουργεί ως ανοιχτός διακόπτης και ο πυκνωτής θα αντιμετωπίσει υψηλή αντίσταση και λόγω αυτού δεν μπορεί να αποφορτιστεί και διατηρεί τη φόρτιση για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Αυτή τη φορά είναι γνωστή ως περίοδος κράτησης. Και, ο χρόνος κατά τον οποίο το κύκλωμα δειγμάτων το σήμα εισόδου ονομάζεται περίοδος δειγματοληψίας.

Μερικές εφαρμογές του δείγματος και του κυκλώματος συγκράτησης

• ADC (Αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή)
• DAC (ψηφιακή σε αναλογική μετατροπή)
• Στην αναλογική αποπολυπλεξία
• Σε γραμμικά συστήματα
• Στο σύστημα διανομής δεδομένων
• Στα ψηφιακά βολτόμετρα
• Στα κατασκευαστικά φίλτρα σημάτων