Элементы аналого-цифровых устройств и систем. Аналоговые электронные ключи и коммутаторы. Величина напряжения на выходе АЭК, страница 5

7.3. Устройства выборки и хранения

Устройства выборки и хранения (УВХ) предназначены для фиксации в определенные моменты времени и запоминания аналогового сигнала в течение заданного времени.  По существу УВХ представляют собой устройства аналоговой памяти и применяются при обработке и преобразовании аналоговых сигналов. При периодическом выполнении операции выборки производится дискретизация непрерывного сигнала. УВХ применяются при аналого-цифровом преобразовании быстроизменяющихся сигналов для их запоминания на время преобразования.

Основными режимами работы УВХ являются выборка и хранение (рис. 7. 17). Выборка сигнала происходит под действием стробирующих импульсов.

Рис. 7. 17. Диаграммы сигналов в идеализированном УВХ

Принцип работы УВХ базируется на использовании заряда конденсатора. На рис. 7. 18, а показана схема УВХ, содержащая буферные усилители БУ1 и БУ2, аналоговый электронный ключ и конденсатор для хранения выборки сигнала С_хр. Буферные усилители предназначены для снижения погрешности УВХ. В УВХ применяются  аналоговые ключи на  МОП-транзисторах, имеющие нулевое остаточное напряжение и малые токи утечки.

 В режиме выборки, когда ключ замкнут, входной усилитель БУ1 обеспечивает быстрый заряд конденсатора с постоянной времени 

 ,

где     R_вых.ос - выходное сопротивление БУ1;

R₃ - сопротивление замкнутого ключа.

Рис. 7. 18. Схема УВХ и диаграммы его работы

Постоянная времени t₃ оказывает    влияние на время выборки t_в (рис. 7. 18, б). В режиме хранения ключ разомкнут, и значение выборки должно храниться на конденсаторе. Для увеличения постоянной времени разряда  конденсатора установлен выходной усилитель БУ2  с высоким входным сопротивлением. Погрешность в режиме хранения DU обусловлена разрядом конденсатора через разомкнутый ключ и входное сопротивление БУ2. Скорость изменения напряжения на конденсаторе в режиме хранения равна

,

где     I_ут - ток утечки разомкнутого ключа;

I_вх - входной ток БУ2.     

В режиме выборки погрешность УВХ определяется дрейфом и нестабильностью коэффициентов передачи БУ1, а также остаточным напряжением на ключе, а в режиме хранения - дрейфом, входным сопротивлением,  нестабильностью коэффициента передачи БУ2  и током утечки разомкнутого ключа. Для снижения погрешности от нестабильности параметров буферных усилителей применяются замкнутые схемы УВХ с глубокой общей ООС (рис. 7. 19, а). 

Рис. 7. 19. Замкнутые схемы УВХ

За счет действия ООС  в режиме выборки напряжение на выходе поддерживается равным напряжению на входе. В режиме хранения при разомкнутом ключе цепь общей ООС размыкается и происходит замыкание местной ООС, т.к. открывается один из диодов VD1 или VD2 и БУ1 переходит в режим повторителя.  По рассмотренной схеме реализовано     интегральное УВХ типа 1100СК2 (рис. 7. 19, б) с временем выборки t_в = 5 мкс и скоростью изменения напряжения в режиме хранения 0,2 мВ/мкс.

Контрольные вопросы

1.  Назначение основные параметры и классификация аналоговых электронных ключей.

2.  Особенности коммутации токов.

3.  Диодные ключи.

4.  Ключи на биполярных транзисторах.

5.  Ключи на полевых транзисторах.

6.  Сравнительный анализ и области применения ключей.

7.  Назначение, основные параметры и классификация аналоговых компараторов.

8.  Применение компараторов.

9.  Назначение и основные параметры устройств выборки и хранения.

10.  Схемотехника  устройств выборки и хранения.