샘플 및 홀드 회로 는 아날로그 입력 신호에서 샘플을 가져 와서 특정 시간 동안 유지 한 다음 입력 신호의 샘플링 된 부분을 출력합니다. 이 회로는 몇 마이크로 초의 입력 신호를 샘플링하는 데만 유용합니다.
샘플 및 홀드 회로는 스위칭 장치, 커패시터 및 연산 증폭기로 구성됩니다. 커패시터는 샘플링 된 입력 신호를 보유하고 명령 입력에 따라 출력에 제공하기 때문에 샘플 및 홀드 회로 의 핵심입니다. 이 회로는 주로 아날로그-디지털 변환기에 사용되어 입력 신호의 특정 변화를 제거하여 변환 프로세스를 손상시킬 수 있습니다.
샘플 및 홀드 회로 의 일반적인 블록 다이어그램은 다음과 같습니다.
일반적으로 적용되는 입력 전압 신호는 지속적으로 변화하는 아날로그 신호입니다. 입력 신호의 샘플링 및 유지를 트리거하기 위해 명령 입력이 제공됩니다. 명령 입력 은 입력 신호의 샘플링을 시작 / 중지하기위한 on / off 신호일 뿐이며 일반적으로 PWM입니다. 샘플링 및 유지 프로세스는 명령 입력에 따라 다릅니다. 스위치가 닫히면 신호가 샘플링되고 회로가 열리면 출력 신호가 유지됩니다. 스위치의 On / Off 상태는 명령 입력에 의해 제어됩니다.
샘플 및 홀드 회로 의 이상적인 입력 및 출력 파형 은 다음과 같습니다.
위의 다이어그램에서이 회로는 Command Input이 높은 시간 동안 입력 신호의 샘플을 취하고 출력에서 동일한 샘플을 복제한다는 것을 명확하게 이해할 수 있습니다. 그리고 명령 입력이 LOW이면 샘플링 된 신호의 마지막 전압 레벨을 유지합니다.
우리가하면 우리의 샘플을 시뮬레이션 및 회로를 잡고, 우리는 위의 파형을 얻을 것이다. 전체 샘플 및 홀드 회로 시뮬레이션 비디오 는 끝에 제공됩니다.
필요한 재료
- uA741 연산 증폭기 IC
- 2N4339 N 채널 JFET
- 아날로그 입력 및 펄스 입력 발생기
- 저항기 (10k, 10M)
- 다이오드 (1N4007)
- 커패시터 (0.1uf-1nos)
회로도
입력 단자에서 아날로그 신호를 제공하기 위해 6-0-6 강압 변압기를 사용할 수 있습니다. 그리고 트랜지스터에 펄스 또는 PWM 입력을 제공하기 위해 불안정 모드에서 555 타이머 IC를 사용할 수 있습니다. 또한 +5 ~ + 15V 범위에있는 Op-amp IC에 Vcc를 제공하기위한 DC 전원이 필요합니다.
샘플 및 홀드 회로 작동
회로도에서 볼 수 있듯이 2N4339 N 채널 JFET, 연산 증폭기 및 커패시터를 사용했습니다. 명령 입력 (PWM 입력)은 2N4339 트랜지스터의 게이트 단자에 연결됩니다. 회로도에서 볼 수 있듯이 2N4339 N 채널 JFET, 연산 증폭기 및 커패시터를 사용했습니다. 명령 입력 (PWM 입력)은 2N4339 트랜지스터의 게이트 단자에 연결됩니다. 다이오드 1N4007도 명령 입력과 2N4339 N- 채널 JFET 사이에 연결됩니다.
자, 질문은 왜 다이오드가 역 상태로 연결되어 있습니까? 2N4339에 대한 간략한 소개를하겠습니다. 2N4339는 잡음이 적고 이득이 높은 N 채널 JFET입니다. 2N4339는 게이트-소스 전압이 -0.3v ~ -50v (최대) 범위에있을 때만 전도 (켜짐)합니다. 이제 명령 입력의 초기 전압을 -15V로, 펄스 전압을 15V로 설정했습니다. 따라서 명령 입력 전압이 음일 때마다 다이오드가 순방향 바이어스되어 트랜지스터가 켜지고 그 반대도 마찬가지입니다.
전압 팔로워는 일반적으로 높은 입력 임피던스와 낮은 출력 임피던스를 갖기 때문에 Op-amp 741은 여기서 전압 팔로워로 사용됩니다. 이것은 전압 팔로워가 다음 단계에 충분한 전류를 공급할 수 있기 때문에 입력 신호가 저 전류 일 때 사용됩니다.
따라서 명령 입력이 HIGH 일 때마다 트랜지스터는 닫힌 스위치로 작동하고이 순간 커패시터는 피크 값까지 충전을 시작하고 트랜지스터가 온 상태에있을 때 입력 신호 샘플을 저장합니다. 이제 명령 입력이 LOW 일 때 트랜지스터는 개방 스위치로 작동하고 커패시터는 높은 임피던스를 경험하게되며 이로 인해 방전되지 않고 특정 시간 동안 전하를 유지합니다. 이 시간을 보유 기간이라고 합니다. 그리고 회로가 입력 신호를 샘플링하는 시간을 샘플링 기간 이라고합니다.
샘플 및 홀드 회로의 일부 응용
- ADC (아날로그-디지털 변환)
- DAC (디지털-아날로그 변환)
- 아날로그 디 멀티플렉싱에서
- 선형 시스템에서
- 데이터 분배 시스템에서
- 디지털 전압계
- 신호 구조 필터에서