采樣保持電路

1、第一節(jié)第一節(jié) 采樣保持電路采樣保持電路采樣采樣/ /保持電路：保持電路：l 具有采集某一瞬間的模擬輸入信號(hào)，并保持其值的具有采集某一瞬間的模擬輸入信號(hào)，并保持其值的功能。功能。l 在采樣狀態(tài)下：在采樣狀態(tài)下： 電路的輸出跟蹤輸入模擬信號(hào)。電路的輸出跟蹤輸入模擬信號(hào)。l 在保持狀態(tài)下：在保持狀態(tài)下： 電路的輸出保持采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)模擬輸入電路的輸出保持采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)模擬輸入信號(hào)，直至進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止。信號(hào)，直至進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止。l 一般應(yīng)用：信號(hào)的采集，自動(dòng)補(bǔ)償直流放大器的失一般應(yīng)用：信號(hào)的采集，自動(dòng)補(bǔ)償直流放大器的失調(diào)和漂移。瞬態(tài)變量的測(cè)量等。調(diào)和漂移。瞬態(tài)變量的測(cè)量等?；?/p>

2、組成： 1. 模擬開(kāi)關(guān) 2. 存儲(chǔ)電容 3. 緩沖放大器6.2 采樣保持電路6.2.1 基本原理 當(dāng)當(dāng)Uc=“1”時(shí)，時(shí)，S接通，接通，ui向向C充電，輸出跟蹤模擬輸入充電，輸出跟蹤模擬輸入信號(hào)變化信號(hào)變化采樣階段采樣階段(uo=uc=ui)。- -+ +N1+ +- -+ +N2+ +uiuoUcCSuc 當(dāng)當(dāng)Uc=“0”時(shí)，時(shí)，S斷開(kāi)，斷開(kāi)，uo保持保持S斷開(kāi)瞬間的輸入信號(hào)值斷開(kāi)瞬間的輸入信號(hào)值保持狀態(tài)保持狀態(tài)(uo保持保持uc值值)。采樣定理：采樣定理：采樣頻率采樣頻率fs 2 fmax 采樣間隔采樣間隔TsUUP1P1( (夾斷電壓夾斷電壓) )，開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)V V1 1斷開(kāi)斷開(kāi)，這時(shí)，

3、這時(shí)V VD2D2反偏使反偏使V V的的U UGSGS=OV=OV，開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)V V導(dǎo)通導(dǎo)通，從而使，從而使V V2 2也導(dǎo)也導(dǎo)通通，導(dǎo)通電阻分別為，導(dǎo)通電阻分別為R Ronon和和R Ron2on2， 電路處于采樣狀電路處于采樣狀態(tài)，等效電路如圖。態(tài)，等效電路如圖。 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采樣保持實(shí)用電路二、采樣保持實(shí)用電路l 當(dāng)當(dāng)Uc為高電平時(shí)：為高電平時(shí)： C uo - + + N2 - + + N1 ui C1 Ron2 Ron b) N1、N2和和R1構(gòu)成負(fù)反饋電路，構(gòu)成負(fù)反饋電路，N2用

4、作跟隨器，使用作跟隨器，使uo=ui。由于主模擬開(kāi)關(guān)由于主模擬開(kāi)關(guān)V處于閉環(huán)回路中，所以其導(dǎo)通電阻處于閉環(huán)回路中，所以其導(dǎo)通電阻Ron以以及及N2的失調(diào)和漂移對(duì)精度的影響均大大地削弱?？梢?jiàn)電路有的失調(diào)和漂移對(duì)精度的影響均大大地削弱。可見(jiàn)電路有很高的采樣精度。很高的采樣精度。存儲(chǔ)電容存儲(chǔ)電容C和反饋校正電容和反饋校正電容C1都引入時(shí)間常數(shù)，限制了電路都引入時(shí)間常數(shù)，限制了電路的工作速度。的工作速度。等效電路如圖。等效電路如圖。二、采樣保持實(shí)用電路二、采樣保持實(shí)用電路l 當(dāng)當(dāng)Uc為低電平時(shí)：為低電平時(shí)： V和和V2截止，截止，V1導(dǎo)通，電路處于導(dǎo)通，電路處于保持狀態(tài)保持狀態(tài)，等效，等效電路如圖所示

5、電路如圖所示 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采樣保持實(shí)用電路二、采樣保持實(shí)用電路l 當(dāng)當(dāng)Uc為低電平時(shí)：為低電平時(shí)： C uo - + + N2 - + + N1 ui R1 C1 Ron1 等效電路等效電路 V1導(dǎo)通使導(dǎo)通使N1繼續(xù)處于負(fù)反饋閉環(huán)狀態(tài)，避免繼續(xù)處于負(fù)反饋閉環(huán)狀態(tài)，避免N1處于開(kāi)環(huán)而處于開(kāi)環(huán)而進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，以縮短進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，以縮短S/H電路從保持狀態(tài)到采樣狀態(tài)電路從保持狀態(tài)到采樣狀態(tài)的過(guò)渡時(shí)間。的過(guò)渡時(shí)間。 由于由于V和和V2為對(duì)稱(chēng)管，兩管的泄漏電流值相等，且反饋補(bǔ)償為對(duì)稱(chēng)管，兩管

6、的泄漏電流值相等，且反饋補(bǔ)償電容電容C1=C，因而開(kāi)關(guān)管泄漏電流、，因而開(kāi)關(guān)管泄漏電流、N2的偏置電流將在的偏置電流將在C1、C上產(chǎn)生數(shù)值相同的電壓變化量，而且兩電容電壓的變化對(duì)上產(chǎn)生數(shù)值相同的電壓變化量，而且兩電容電壓的變化對(duì)輸出電壓輸出電壓uo的影響剛好相反，互相抵消，使輸出電壓基本的影響剛好相反，互相抵消，使輸出電壓基本不變。采用補(bǔ)償電容措施，大約使保持精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。不變。采用補(bǔ)償電容措施，大約使保持精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。（3）高速）高速S/H電路電路l 用開(kāi)環(huán)式采樣用開(kāi)環(huán)式采樣/保持電路方案，選用高速元件，并通保持電路方案，選用高速元件，并通過(guò)擴(kuò)增驅(qū)動(dòng)電流來(lái)減小存儲(chǔ)電容的充電時(shí)間。

7、過(guò)擴(kuò)增驅(qū)動(dòng)電流來(lái)減小存儲(chǔ)電容的充電時(shí)間。 - + + N1 - + + N2 Uc uo C ui V1 R1 R2 V V2 VD1 VD2 （3）高速）高速S/H電路電路l 在采樣期間，在采樣期間，UcUc為正，為正，V V與與V2V2導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1V1截止。截止。l V1V1的導(dǎo)通將使的導(dǎo)通將使V V和和C C置于置于N1N1的閉環(huán)回路中，的閉環(huán)回路中，C C上的電壓將等于上的電壓將等于輸入電壓而不受輸入電壓而不受V V的導(dǎo)通電阻的影響，另外，由于的導(dǎo)通電阻的影響，另外，由于N1N1反相端反相端的偏置電流和的偏置電流和V1V1的漏電流都很小，的漏電流都很小，l V2V2導(dǎo)通電阻的壓降極

8、小，故其影響可以略去不計(jì)，所以導(dǎo)通電阻的壓降極小，故其影響可以略去不計(jì)，所以C C上上的電壓仍能非常精確地等于的電壓仍能非常精確地等于N1N1反相端的電壓。反相端的電壓。l 但與圖但與圖6-1-106-1-10相比，由于相比，由于N2N2未在反饋回路中，雖然未在反饋回路中，雖然N2N2使電路使電路工作速度得以提高，但它的漂移和共模誤差在采樣期間得不工作速度得以提高，但它的漂移和共模誤差在采樣期間得不到校正，會(huì)使采樣誤差增大。到校正，會(huì)使采樣誤差增大。l 在保持期，在保持期，V V、V2V2截止。除了截止。除了V V外，外，V2V2也將產(chǎn)生漏電流。所以也將產(chǎn)生漏電流。所以保持精度也比圖保持精度也

9、比圖6-1-106-1-10的差。的差。l 由此可見(jiàn)，這個(gè)電路的速度提高是靠犧牲精度換來(lái)的。由此可見(jiàn)，這個(gè)電路的速度提高是靠犧牲精度換來(lái)的。（4）集成采樣）集成采樣-保持電路保持電路AD582 & 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ?/ /# 模擬量輸入 狀態(tài) AD571 偏移調(diào)節(jié) C +5V AD582 uo ui - + + N1 - + + N2 Uc S DG # （4）集成采樣）集成采樣-保持電路保持電路AD582l 兩級(jí)運(yùn)算放大器兩級(jí)運(yùn)算放大器N1N1和和N2N2，模擬開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)S S，門(mén)控制電路，門(mén)控制電路DG DG l 應(yīng)用時(shí)，引腳應(yīng)

10、用時(shí)，引腳3 3和和4 4之間外接之間外接1OOk1OOk電位器用以失調(diào)調(diào)零，電位器用以失調(diào)調(diào)零，l 引腳引腳6 6外接保持電容外接保持電容C C：0.001-0.01uf0.001-0.01uf，其大小與采樣頻率，其大小與采樣頻率和精度有關(guān)引腳和精度有關(guān)引腳1212輸入控制信號(hào)輸入控制信號(hào)UcUc。l 圖中，圖中，AD582AD582的采樣的采樣- -保持輸出信號(hào)送入保持輸出信號(hào)送入A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD571AD571的模的模擬量輸入端，擬量輸入端，AD571AD571的狀態(tài)輸出端與的狀態(tài)輸出端與AD582AD582的控制信號(hào)輸入端的控制信號(hào)輸入端相連接。相連接。A/DA/D轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)后，狀態(tài)輸出端為低電平，控制轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)后，狀態(tài)輸出端為低電平，控制AD582AD582