運算放大器采樣保持電路的工作原理

采樣保持電路

定義：采樣和保持電路是一種電子電路，它創建作為輸入的電壓樣本，然后將這些樣本保持一定的時間。采樣保持電路對輸入信號產生采樣的時間稱為采樣時間。同樣，電路保持采樣值的持續時間稱為保持時間。 采樣時間通常在1μs 至 14μs之間，而保持時間可以根據應用需要采用任何值。

采樣保持電路

定義：采樣和保持電路是一種電子電路，它創建作為輸入的電壓樣本，然后將這些樣本保持一定的時間。采樣保持電路對輸入信號產生采樣的時間稱為采樣時間。同樣，電路保持采樣值的持續時間稱為保持時間。 采樣時間通常在1μs 至 14μs之間，而保持時間可以根據應用需要采用任何值。 可以說電容器是采樣保持電路的心臟，一點沒錯。這是因為當開關打開時，即在采樣期間，其中存在的電容器充電至其峰值，并且當開關閉合時保持采樣電壓。

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采樣保持電路電路圖

下圖顯示了借助運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，兩個運算放大器通過開關連接。當開關關閉時，采樣過程將進入畫面，當開關打開時，將出現保持效果。

連接到第二運算放大器的電容器只不過是保持電容器。

意義

現在，大家都知道什么是采樣保持電路了。但是促使我們轉向使用采樣保持電路的驅動力是什么？要理解這一點，我們需要進入溝通領域。我們都知道數字通信比模擬通信更好，但為什么呢？模擬通信有什么問題？ 噪音干擾才是真正的罪魁禍首。它降低了模擬通信的效率和可靠性。因此，在數字通信中，我們需要數字信號。但自然地，所有信號都是模擬的。這是我們需要采樣保持電路的轉折點。 借助采樣和保持電路，我們可以對模擬信號進行采樣，然后使用電容器。它在特定時期內保存這些樣本。因此，會生成恒定信號，可以借助模數轉換器將其轉換為數字信號。

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N溝道增強型MOSFET、一個存儲和保持電荷的電容器和一個高精度運算放大器。

N溝道增強型MOSFET將用作開關元件。輸入電壓通過其漏極端子施加，控制電壓將通過其柵極端子施加。當施加控制電壓的正脈沖時，MOSFET 將切換至導通狀態。它充當閉合開關。相反，當控制電壓為零時，MOSFET 將切換至截止狀態并充當打開開關。 當 MOSFET 充當閉合開關時，通過漏極端子施加到其上的模擬信號將被饋送到電容器。然后電容器將充電至其峰值。當 MOSFET 開關打開時，電容器停止充電。由于電路末端連接了高阻抗運算放大器，電容器將經歷高阻抗，因此無法放電。 這導致電容器在一定時間內保持電荷。這個時間可以稱為持有期。生成輸入電壓樣本的時間稱為采樣周期。 保持期間的輸出由運算放大器處理。因此，保持時間對于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，在導通持續時間內輸出端的電壓是多少。在關閉期間，運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如何應用于運算放大器。使用的電容器應該是通用的，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，這只不過是采樣保持電路的特殊架構IC。 這里需要注意的關鍵點是模擬輸入信號和控制信號的頻率。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率應大于輸入電壓的頻率，以便在一個完整的周期內對模擬信號進行兩次采樣。

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

采集時間 (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間。它被稱為采集時間。

孔徑時間（T AP）：孔徑時間可以定義為電容器從采樣狀態改變到保持狀態所需的時間。由于開關的傳播延遲，即使發出保持命令后，電容器仍會在短時間內繼續充電。這只不過是孔徑時間。

電壓降：電壓降是由于電容器電荷泄漏而導致電容器中的電壓下降。理想情況下，我們需要沒有任何泄漏的電容器，但實際上這是不可能的。無論我們使用多么優質的材料，都會存在一些電壓降。

保持模式穩定時間：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間才能完全穩定。這稱為保持模式穩定時間。

采樣保持電路的應用

數據分發系統

采樣示波器

數據轉換系統

數字電壓表

模擬信號處理

信號結構濾波器

這就完成了采樣保持電路的詳細描述。因此，簡單來說，采樣和保持電路生成模擬輸入信號的樣本，并在一定時間內保持最新的采樣值，并將其反映在輸出上。

審核編輯：黃飛

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