深度剖析采样保持电路

采样保持电路从模拟输入信号中获取样本并保持特定时间段，然后输出输入信号的采样部分。该电路仅对几微秒的输入信号进行采样。

采样保持电路由开关器件、电容器和运算放大器组成。电容器是采样保持电路的核心，因为它是保存采样输入信号并根据命令输入在输出端提供信号的人。该电路主要用于模数转换器，以消除输入信号中的某些变化，这可能会破坏转换过程。

下面提到了采样和保持电路的典型框图：

一般应用的输入电压信号是连续变化的模拟信号。提供命令输入以触发输入信号的采样和保持。命令输入只不过是开始/停止输入信号采样的开/关信号，它通常是PWM。采样和保持过程取决于命令输入。当开关闭合时，对信号进行采样，当开路时，电路保持输出信号。开关的开/关条件由命令输入控制。

采样保持电路的理想输入和输出波形如下：

从上图中可以清楚地理解，该电路在命令输入为高电平时采集输入信号的样本，并在输出端复制相同的样本。当命令输入为低电平时，它保持采样信号的最后一个电压电平。

如果我们模拟采样并保持电路，我们将得到上述波形。最后给出了完整的采样和保持电路仿真视频。

所需材料

uA741 运算放大器集成电路

2N4339 N 沟道 JFET

模拟输入和脉冲输入发生器

电阻器 （10k， 10M）

二极管 （1N4007）

电容器 （0.1uf - 1nos）

电路图

为了在输入端提供模拟信号，您可以使用6-0-6降压变压器。而且，为了向晶体管提供脉冲或PWM输入，您可以在非稳定模式下使用555定时器IC。我们还需要一个直流电源，用于为运算放大器IC提供Vcc，电压范围为+5至+15V。

采样和保持电路的工作原理

如电路图中所示，我们使用了2N4339 N沟道JFET、运算放大器和电容器。命令输入（PWM输入）连接到2N4339晶体管的栅极端子。如电路图中所示，我们使用了2N4339 N沟道JFET、运算放大器和电容器。命令输入（PWM输入）连接到2N4339晶体管的栅极端子。二极管 1N4007 也连接在命令输入和 2N4339 N 沟道 JFET 之间。

现在，问题是为什么二极管在反向条件下连接？让我向您简要介绍一下2N4339。2N4339是一款具有低噪声和高增益的N沟道JFET。2N4339仅在栅源电压在-0.3V至-50V（最大值）范围内时导通（导通）。现在，我们将命令输入的初始电压设置为-15V，脉冲电压设置为15V。因此，只要命令输入电压为负，二极管就会正向偏置，从而导致晶体管导通，反之亦然。

运算放大器741在这里用作电压跟随器，因为电压跟随器通常具有高输入阻抗和低输出阻抗。当输入信号为低电流时，使用此方法，因为电压跟随器可以为下一级提供足够的电流。

因此，每当命令输入为高电平时，晶体管作为闭合开关工作，此时电容器开始充电至其峰值，并存储晶体管处于导通状态的输入信号样本。现在，当命令输入为低电平时，晶体管作为开路开关工作，电容器将经历高阻抗，因此它无法放电并保持电荷特定时间。这段时间称为持有期。并且，电路对输入信号进行采样的时间称为采样周期。

采样保持电路的一些应用

模数转换 （模数转换）

DAC（数模转换）

在模拟解复用中

在线性系统中

在数据分发系统中

在数字电压表中

在信号结构滤波器中