Abtast- und Halteschaltung

Sample and Hold Circuit nimmt Samples vom analogen Eingangssignal und hält sie für einen bestimmten Zeitraum und gibt dann den abgetasteten Teil des Eingangssignals aus. Diese Schaltung ist nur zum Abtasten einiger Mikrosekunden des Eingangssignals nützlich.

Eine Sample and Hold-Schaltung besteht aus Schaltgeräten, Kondensator und einem Operationsverstärker. Der Kondensator ist das Herzstück der Abtast- und Halteschaltung, da er das abgetastete Eingangssignal hält und es gemäß der Befehlseingabe am Ausgang bereitstellt. Diese Schaltung wird hauptsächlich in Analog-Digital-Wandlern verwendet, um bestimmte Schwankungen des Eingangssignals zu beseitigen, die den Wandlungsprozess beschädigen können.

Ein typisches Blockdiagramm der Abtast- und Halteschaltung wird unten erwähnt:

Das allgemein angelegte Eingangsspannungssignal ist ein sich ständig änderndes analoges Signal. Eine Befehlseingabe wird bereitgestellt, um das Abtasten und Halten des Eingangssignals auszulösen. Die Befehlseingabe ist nichts anderes als ein Ein / Aus-Signal zum Starten / Stoppen der Abtastung des Eingangssignals. Im Allgemeinen handelt es sich um PWM. Der Abtast- und Haltevorgang hängt von der Befehlseingabe ab. Wenn der Schalter geschlossen ist, wird das Signal abgetastet und wenn es offen ist, hält der Stromkreis das Ausgangssignal. Der Ein / Aus-Zustand des Schalters wird durch die Befehlseingabe gesteuert.

Die ideale Eingangs- und Ausgangswellenform der Abtast- und Halteschaltung ist unten angegeben:

Aus dem obigen Diagramm ist klar ersichtlich, dass diese Schaltung Abtastwerte des Eingangssignals für die Zeit nimmt, in der der Befehlseingang hoch ist, und denselben Abtastwert am Ausgang repliziert. Wenn der Befehlseingang LOW ist, wird der letzte Spannungspegel des abgetasteten Signals beibehalten.

Wenn wir unsere Sample and Hold-Schaltung simulieren, erhalten wir die obige Wellenform. Das vollständige Video zur Simulation der Abtast- und Halteschaltung finden Sie am Ende.

Erforderliches Material

• uA741 Operationsverstärker-IC
• 2N4339 N-Kanal-JFET
• Analogeingang und Impulseingangsgenerator
• Widerstand (10k, 10M)
• Diode (1N4007)
• Kondensator (0.1uf - 1nos)

Schaltplan

Für die Bereitstellung eines analogen Signals am Eingangsanschluss können Sie einen Abwärtstransformator 6-0-6 verwenden. Und um dem Transistor einen Impuls- oder PWM-Eingang zu geben, können Sie den 555-Timer-IC im Astable-Modus verwenden. Wir benötigen auch eine Gleichstromversorgung für die Bereitstellung von Vcc für den Operationsverstärker-IC, die im Bereich von +5 bis +15 V liegt.

Funktionieren der Proben- und Halteschaltung

Wie Sie im Schaltplan sehen können, haben wir einen 2N4339 N-Kanal-JFET, einen Operationsverstärker und einen Kondensator verwendet. Ein Befehlseingang (ein PWM-Eingang) ist mit dem Gate-Anschluss des Transistors 2N4339 verbunden. Wie Sie im Schaltplan sehen können, haben wir einen 2N4339 N-Kanal-JFET, einen Operationsverstärker und einen Kondensator verwendet. Ein Befehlseingang (ein PWM-Eingang) ist mit dem Gate-Anschluss des Transistors 2N4339 verbunden. Eine Diode 1N4007 ist ebenfalls zwischen dem Befehlseingang und dem N-Kanal-JFET 2N4339 angeschlossen.

Die Frage ist nun, warum die Diode im umgekehrten Zustand angeschlossen ist. Lassen Sie mich eine kurze Einführung zu 2N4339 geben. 2N4339 ist ein N-Kanal-JFET mit geringem Rauschen und hoher Verstärkung. 2N4339 leitet (einschalten) nur, wenn die Gate-Source-Spannung im Bereich von -0,3 V bis -50 V (max.) Liegt. Jetzt haben wir die Anfangsspannung des Befehlseingangs auf -15 V und die gepulste Spannung auf 15 V eingestellt. Wenn also die Befehlseingangsspannung negativ ist, wird die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt, was dazu führt, dass der Transistor eingeschaltet wird und umgekehrt.

Der Operationsverstärker 741 wird hier als Spannungsfolger verwendet, da der Spannungsfolger im Allgemeinen eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweist. Dies wird verwendet, wenn das Eingangssignal einen niedrigen Strom aufweist, da der Spannungsfolger der nächsten Stufe ausreichend Strom zuführen kann.

Wenn also der Befehlseingang HOCH ist, arbeitet der Transistor als geschlossener Schalter, und in diesem Moment beginnt der Kondensator mit dem Laden auf seinen Spitzenwert und speichert die Abtastung des Eingangssignals für den Zeittransistor im eingeschalteten Zustand. Wenn nun der Befehlseingang LOW ist, arbeitet der Transistor als offener Schalter und der Kondensator erfährt eine hohe Impedanz. Aufgrund dessen kann er nicht entladen werden und hält die Ladung für einen bestimmten Zeitraum. Diese Zeit wird als Haltezeit bezeichnet. Die Zeit, während der die Schaltung das Eingangssignal abtastet, wird als Abtastperiode bezeichnet.

Einige Anwendungen der Abtast- und Halteschaltung

• ADCs (Analog-Digital-Wandlung)
• DACs (Digital-Analog-Wandlung)
• Beim analogen Demultiplexen
• In linearen Systemen
• Im Datenverteilungssystem
• In digitalen Voltmetern
• In Signalkonstruktionsfiltern