Progettazione di circuiti di Sample and Hold Circuit utilizzando Op-Amp

Progettazione di circuiti di Sample and Hold Circuit utilizzando Op-Amp

In elettronica, un circuito di campionamento e mantenimento (S&H) è un dispositivo analogico che viene utilizzato per rilevare la tensione di un segnale analogico in costante cambiamento e blocca il suo valore a un livello stabile per un periodo di tempo minimo particolare. Questi circuiti sono i dispositivi di memoria analogici di base. Sono normalmente utilizzati negli ADC (convertitori analogico-digitali) per eliminare le differenze nel segnale di ingresso che possono danneggiare il processo di modifica. Un tipico circuito del sample and hold immagazzina la carica elettrica in un condensatore e contiene almeno un dispositivo di commutazione come un transistor ad effetto di campo interruttore e di solito uno op-amp (amplificatore operazionale) .



Per campionare il segnale i / p, l'interruttore unisce il condensatore all'o / p di un amplificatore buffer. Questo amplificatore amplifica il condensatore in modo che la tensione ai capi del condensatore sia quasi uguale o proporzionale alla tensione di ingresso. Nella forma di attesa, l'interruttore separa il condensatore dal buffer. Il condensatore viene sempre scaricato dalle proprie correnti di deflusso e dalle correnti di carico utili, il che rende il circuito essenzialmente instabile, ma la caduta di tensione in un particolare tempo di mantenimento rimane entro un opportuno margine di errore.


Cos'è il circuito Sample and Hold?

Il circuito sample & hold è un file circuito elettronico il che rende gli esempi di tensione dati come informazioni e da quel punto in poi mantiene questi campioni per il tempo positivo. Il tempo durante il quale il circuito di campionamento e mantenimento produce il campione del segnale i / p è chiamato tempo di campionamento. Di conseguenza, la durata del circuito in cui contiene il valore campionato è chiamata tempo di mantenimento.





Circuito di campionamento e mantenimento

Circuito di campionamento e mantenimento

Generalmente, il tempo di campionamento è compreso tra 1 µs e 14 µs mentre il tempo di mantenimento può prevedere qualsiasi valore secondo necessità nell'applicazione. Non sarà sbagliato affermare che il condensatore è il cuore del circuito di campionamento e mantenimento. Questo perché il condensatore esposto si carica al suo valore di picco quando l'interruttore è aperto, cioè durante il campionamento e mantiene la tensione controllata quando l'interruttore è chiuso.



Schema del circuito campione e tenuta

Lo schema del circuito seguente mostra il circuito sample and hold con l'aiuto di un amplificatore operazionale. È chiaro dallo schema del circuito che due amplificatori operazionali sono collegati tramite un interruttore. Quando l'interruttore è bloccato, il metodo di campionamento verrà visualizzato nell'immagine e quando l'interruttore è sbloccato sarà presente il risultato di mantenimento. Il condensatore alleato del secondo amplificatore operazionale non è altro che un condensatore di tenuta.

Circuito di campionamento e mantenimento

Circuito di campionamento e mantenimento

Usando questo circuito sample and hold possiamo ottenere campioni del segnale analogico, seguiti da un condensatore. Contiene questi campioni per un tempo particolare. Di conseguenza, viene prodotto un segnale stabile che può essere modificato in segnale digitale con l'aiuto di ADC (convertitori da analogico a digitale) .


Circuito di campionamento e mantenimento in funzione

Il funzionamento di questo circuito può essere compreso semplicemente utilizzando il funzionamento dei suoi componenti. I componenti principali per costruire il circuito sample and hold includono un MOSFET di tipo Enhancement a canale N, un condensatore e un amplificatore operazionale ad alta precisione.

Come elemento di commutazione, viene utilizzato il MOSFET di potenziamento a canale N. La tensione di ingresso viene fornita tramite il suo terminale di drain e la tensione di controllo viene fornita anche attraverso il suo terminale di gate. Quando viene applicato l'impulso + ve della tensione di controllo, il MOSFET sarà attivato lo stato. E funziona come un interruttore chiuso. Al contrario, quando la tensione di controllo è nulla, il MOSFET sarà disattivato e funzionerà come interruttore aperto.

Circuito di campionamento e mantenimento con amplificatore operazionale

Circuito di campionamento e mantenimento con amplificatore operazionale

Quando il MOSFET funziona come un interruttore chiuso, il segnale analogico fornito attraverso il terminale di pozzo verrà inviato al condensatore. Quindi il condensatore si caricherà al suo valore di picco. Quando l'interruttore viene rilasciato, il condensatore interrompe la carica. A causa dell'amplificatore operazionale ad alta impedenza collegato all'estremità del circuito, il condensatore conoscerà un'alta impedenza per questo motivo non può scaricarsi

Questo indirizza al mantenimento della carica da parte del condensatore per il tempo esatto. Questo può essere definito periodo di detenzione. E il tempo in cui vengono prodotti i campioni di tensione i / p è denominato periodo di campionamento. L'o / p elaborato dall'amplificatore operazionale durante il periodo di detenzione. Quindi, il periodo di detenzione ha implicazioni per gli amplificatori operazionali.

Forme d'onda di ingresso e uscita

Le forme d'onda del circuito sample and hold come spiegato nel diagramma seguente. È chiaro dalla forma d'onda del circuito, che durante il periodo di ON quale sarà la tensione a o / p. Per tutto il periodo OFF la tensione che esiste all'o / p dell'amplificatore operazionale.

Forme d

Forme d'onda di ingresso e uscita

Esempi di applicazioni di circuiti

Le applicazioni del circuito di campionamento e mantenimento includono quanto segue

  • Oscilloscopi di campionamento
  • Sistema di distribuzione dei dati
  • Voltmetri digitali
  • Elaborazione del segnale analogico
  • Filtri di costruzione del segnale
  • Sistema di conversione dei dati

Quindi, questo è tutto sul circuito sample and hold. In termini semplici, questo circuito produce i campioni del segnale i / p analogico e mantiene i valori campionati più recenti per il tempo esatto e li replica all'o / p. Ci auguriamo che tu abbia una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, qualsiasi domanda riguardante questo concetto o l'implementazione di progetti elettrici si prega di fornire il proprio feedback commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, qual è la funzione del circuito di campionamento e mantenimento?