Mạch Sample và Hold là mạch được sử dụng trong hệ thống xử lý tín hiệu và thu thập dữ liệu. Chức năng chính của hệ thống này là truyền và lấy mẫu các giá trị đầu vào, sau đó lưu trữ hoặc đóng băng các giá trị đã xử lý trong một khoảng thời gian nhất định. Mạch này cho phép nhận và thao tác ngay lập tức dữ liệu hoặc giá trị tín hiệu, rất hữu ích trong nhiều lĩnh vực, bao gồm công tắc, tụ điện, bộ khuếch đại hoạt động (op-amps) và tín hiệu điều khiển (tín hiệu điều khiển lấy mẫu và lưu trữ).

Chu kỳ lấy mẫu và giữ là gì?

Mạch Sample and Hold là một mạch được sử dụng trong các thiết bị điện tử để tạo hoặc tạo ra một mẫu điện áp đầu vào và sau khi xử lý, nó duy trì điện áp này trong một khoảng thời gian xác định. Khoảng thời gian cần thiết để mạch lấy mẫu và duy trì điện áp và tạo ra tín hiệu đầu vào được gọi là thời gian lấy mẫu. Về cơ bản, nó được gọi là Thời gian giữ. Mạch này tạo ra các mẫu điện áp làm đầu vào và sau đó duy trì các mẫu này trong một khoảng thời gian nhất định. Có thể nói rằng tụ điện là người vận hành chính của mạch. Sample và Giữ với tụ điện sạc đến giá trị lớn nhất và sau đó bật.

Sample và giữ hoạt động chu kỳ

Các thành phần chính trong mạch Sample and Hold là N-Channel E-MOSFET, một tụ điện để thu thập, lưu trữ và xả điện tích và bộ khuếch đại hoạt động tốc độ cao N-Channel E-MOSFET. Điện áp đầu vào đi qua các thiết bị đầu cuối và điện áp điều khiển đi qua các thiết bị đầu cuối cổng. Sau đó, khi điện áp bằng không, E-MOSFET sẽ chuyển sang trạng thái BẬT, có nghĩa là nó đang bật, sau đó nó sẽ hoạt động giống như công tắc tắt hoặc bật. Trên thực tế, Khi điện áp bằng không, MOSFET chuyển sang trạng thái TẮT và hoạt động giống như một công tắc BẬT.

Tại thời điểm đó, khi MOSFET hoạt động như một công tắc tắt, Sau đó, một tín hiệu đơn giản được cung cấp qua đầu nối được gửi đến tụ điện. Sau đó, khi bật công tắc MOSFET, tụ điện sẽ ngừng sạc, vì có một bộ khuếch đại lớn được gắn vào cuối mạch. Do đó, tụ điện có điện trở cao. Điều này làm cho nó không thể xả được. Tụ điện giữ áp suất trong một khoảng thời gian nhất định. Khoảng thời gian này được gọi là khoảng thời gian giữ và thời gian đo áp suất được gọi là khoảng thời gian lấy mẫu.

Điện áp được xử lý bởi bộ khuếch đại trong thời gian không hoạt động, vì vậy thời gian dừng rất quan trọng đối với OP-AMP.

Dạng sóng đầu vào và đầu ra

Dạng sóng hiển thị trong sơ đồ được hình dung rõ ràng. Từ dạng sóng của mạch mẫu và giữ, có thể kết luận rằng trong thời gian mạch mở (ON), điện áp ở đầu ra là bao nhiêu và trong chu kỳ mạch kín (Đóng hoặc TẮT), điện áp ở đầu ra của OP-AMP là bao nhiêu?

Dạng sóng đầu vào và đầu ra

Kết nối trong mạch Sample và Hold

Để lấy mẫu tín hiệu đầu vào, công tắc kết nối tụ điện với đầu ra của bộ khuếch đại bộ đệm. Kết nối này cho bạn biết điện áp điều khiển và điện áp đầu vào, và cách cả hai áp suất được áp dụng cho OP-AMP trong mạch này. Tụ điện được làm bằng polyetylen và Teflon. Trong sơ đồ trên, tần số của tín hiệu đầu vào tương tự và tín hiệu điều khiển được ghi lại, và điều rất quan trọng là phải cân bằng công suất của mạch này để đạt được tần số cần thiết. Tần số của điện áp điều khiển phải cao hơn tần số của điện áp đầu vào. Trong quá trình lấy mẫu Tụ điện sạc hoặc phóng điện theo điện áp tín hiệu đầu vào, và trong thời gian lưu giữ, công tắc mở ra, khiến tín hiệu đầu vào bị ngắt kết nối khỏi tụ điện.

Sơ đồ làm việc

Chức năng chính của mạch mẫu và giữ (S / H) là lấy mẫu các tín hiệu đầu vào và lưu trữ chúng trong đầu ra trong một khoảng thời gian. Nói chung, Lấy mẫu được thực hiện đều đặn. Do đó, tốc độ lấy mẫu (hoặc tốc độ xung nhịp) của mạch có thể được xác định.

Các loại mẫu và mạch không đổi

Có một số loại mạch S và H:

• Mạch mẫu và hằng số tụ điện chuyển mạch: Nó là một loại mạch mẫu và mạch bảo trì, và nó là một mạch đơn giản thường được sử dụng trong các codec đơn giản đến nâng cao hoặc codec tương tự sang kỹ thuật số (ADC) và trong các ứng dụng khác yêu cầu lấy mẫu và lưu giữ chính xác.
• Theo dõi và giữ (T&H): Đây là một loại mạch được sử dụng để lấy mẫu và duy trì tín hiệu đến hoặc tín hiệu tương tự và duy trì mức điện áp trong một khoảng thời gian nhất định.
• Mạch lấy mẫu và giữ: Đây là một loại mạch lưu trữ và giữ được sử dụng trong các hệ thống có cùng nguyên tắc với mạch S&H. Mạch này bảo vệ mạch chính cho đến khi hoàn thành việc lấy mẫu và lưu giữ.
• MOSFET Switched Sample and Hold Circuit: Đây là một loại mạch Sample and Hold, trong đó điện áp đầu vào được kết nối với tụ điện, cho phép tụ điện sạc và lưu trữ điện áp lấy mẫu.
• Voltage điều khiển sample và giữ mạch: Mạch này là một loại mạch Sample and Hold khác, và nó là một hệ thống điện tử đơn giản được sử dụng để lấy mẫu điện áp đầu vào và duy trì giá trị điện áp đó cho đến lần lấy mẫu tiếp theo. Chúng được tìm thấy trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như (ADC), hiệu ứng âm thanh và các ứng dụng khác được sử dụng để lấy mẫu và lưu giữ tín hiệu.
• Mạch lấy mẫu và giữ xung: Đây là những mạch loại Sample và Hold thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu hoặc hoàn toàn cần thiết cho thời gian chính xác, chẳng hạn như trong hệ thống cung cấp và thu thập dữ liệu và codec tương tự sang kỹ thuật số (ADC).

Sample và giữ các thông số hiệu suất chu kỳ

• Thời gian mở khẩu độ (TAP): Nó có thể được mô tả là thời gian dự kiến hoặc cần thiết để tụ điện chuyển từ lấy mẫu sang giữ lại. Nó còn được gọi là thời gian mở khẩu độ hoặc thời gian kích hoạt.
• Thời gian thu thập dữ liệu (TAC): Nó có thể được mô tả là thời gian dự kiến hoặc cần thiết để tụ điện nhận điện tích từ điện áp đầu vào được đưa vào mạch mẫu và duy trì giá trị của nó. Nó còn được gọi là thời gian tiếp nhận dữ liệu hoặc thời gian bảo mật.
• Chuyến baytage thả: Các tụ điện trong mạch này có điện áp giảm do rò rỉ điện tích bên trong tụ điện. Chúng ta cần một tụ điện không có kết nối, nhưng điều này là không thể.
• Thời gian điều chỉnh ở chế độ không đổi (Thời gian giải quyết chế độ giữ): Sau khi áp dụng thứ tự Thời gian giải quyết chế độ giữ. Điện áp đầu vào đơn giản hoặc tương tự sẽ nằm trong một phạm vi dung sai nhất định và sẽ mất một thời gian để điều chỉnh hoàn toàn. Thời gian dành cho thời gian này được gọi là Thời gian giải quyết chế độ giữ.

Các ứng dụng mạch mẫu và giữ

• Việc sử dụng chính của mạch Sample và Hold là trong bộ thu phát tương tự sang kỹ thuật số (ADC), nơi chúng được sử dụng để thu và lưu trữ các giá trị điện áp đầu vào cho đến khi chúng được chuyển đổi thành giá trị cao hơn.
• Các mạch này thường được sử dụng trong các chương trình hoặc ứng dụng truyền thông và trong xử lý tín hiệu để tái tạo các tín hiệu đơn giản hoặc tương tự từ các mẫu khác nhau.
• Các mạch này có thể được sử dụng để điều chỉnh điện áp để giữ cho điện áp tham chiếu tức thời. Điện áp tham chiếu đó sau đó được sử dụng để điều khiển và điều chỉnh điện áp kết quả của công suất.
• Các mạch này thường được sử dụng trong sàng lọc y tế hoặc hình ảnh y tế. Với sự trợ giúp của một mẫu và mạch không đổi. Chúng tôi sử dụng nó để ghi lại và duy trì tín hiệu từ các cảm biến như máy X-quang, máy siêu âm và máy quét.
• Các mạch này cũng được sử dụng trong nhiều công cụ và ứng dụng, chẳng hạn như (ADC), công cụ truyền thông và ứng dụng xử lý tín hiệu.

Ưu điểm của mạch mẫu và giữ

• Phương pháp này cải thiện độ ổn định của tín hiệu bằng cách lấy mẫu và bảo quản tín hiệu, đồng thời ngăn chặn bất kỳ thay đổi nào xảy ra tại thời điểm đó.
• Ngoài ra, Mạch này cũng giúp chuyển đổi các tín hiệu đơn giản thành tín hiệu nâng cao bằng cách sử dụng mạch này trong codec tương tự sang kỹ thuật số. (ADC)
• Nó cũng giúp xử lý tín hiệu trong các ứng dụng truyền thông bằng cách lấy mẫu tín hiệu và lưu trữ chúng trong một khoảng thời gian cụ thể. Nói cách khác, Mạch này thu tín hiệu và xử lý nó trong một khoảng thời gian hoặc khoảng thời gian nhất định.
• Nó cũng được sử dụng để sửa đổi các mạch nhằm loại bỏ những điều không mong muốn hoặc không mong muốn có thể xảy ra trong quá trình sửa đổi và nó cũng làm giảm nhiễu trong các tín hiệu đơn giản.
• Nó cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp hoặc thu thập dữ liệu, nơi yêu cầu lấy mẫu tín hiệu chính xác và hạn chế và cần thiết cho quá trình xử lý.

Nhược điểm của chu kỳ lấy mẫu và giữ

• Do thời gian có hạn Do đó, khả năng xảy ra lỗi tăng lên trong quá trình xử lý tín hiệu.
• Trong các ứng dụng tần số cao Tín hiệu thay đổi nhanh chóng không thể dễ dàng lấy mẫu. Kết quả là, mạch mẫu và giữ không thể xử lý tín hiệu một cách chính xác.
• Các mạch này cũng gây ra sự thay đổi nhiệt độ, vì chúng là một loại mạch điện. Khi nhiệt độ thay đổi, nó có thể ảnh hưởng đến tính chất của các bộ phận khác nhau, gây ra sai sót trong quá trình sản xuất.
• Các ứng dụng quá lớn và phức tạp được coi là một nhược điểm và điểm yếu của chu kỳ này.

Kết luận

Mạch lấy mẫu và giữ là mạch quan trọng trong các hệ thống điện tử khác nhau, đặc biệt là trong ADC (bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số) và hệ thống cung cấp dữ liệu. Mục đích chính của mạch lấy mẫu và giữ là truyền và lấy mẫu các giá trị đầu vào, sau đó lưu trữ hoặc đóng băng các giá trị đã xử lý trong một khoảng thời gian nhất định. Trong điện tử Mạch này được sử dụng để tạo hoặc tạo ra một mẫu điện áp đầu vào và sau khi xử lý, nó lưu trữ điện áp này trong một khoảng thời gian nhất định. Các thành phần chính trong mạch mẫu và giữ là E-MOSFET kênh N, công tắc, tụ điện để thu thập, cố định và xả điện tích và Bộ khuếch đại hoạt động. Mạch này cho phép thu thập và thao tác ngay lập tức dữ liệu hoặc giá trị tín hiệu, điều này hữu ích theo nhiều cách.