运算放大器采样保持电路的工作原理

采样保持电路

定义：采样和保持电路是一种电子电路，它创建作为输入的电压样本，然后将这些样本保持一定的时间。采样保持电路对输入信号产生采样的时间称为采样时间。同样，电路保持采样值的持续时间称为保持时间。 采样时间通常在1μs 至 14μs之间，而保持时间可以根据应用需要采用任何值。

采样保持电路

定义：采样和保持电路是一种电子电路，它创建作为输入的电压样本，然后将这些样本保持一定的时间。采样保持电路对输入信号产生采样的时间称为采样时间。同样，电路保持采样值的持续时间称为保持时间。 采样时间通常在1μs 至 14μs之间，而保持时间可以根据应用需要采用任何值。 可以说电容器是采样保持电路的心脏，一点没错。这是因为当开关打开时，即在采样期间，其中存在的电容器充电至其峰值，并且当开关闭合时保持采样电压。

 

 

采样保持电路电路图

下图显示了借助运算放大器的采样和保持电路的电路。从电路图中可以明显看出，两个运算放大器通过开关连接。当开关关闭时，采样过程将进入画面，当开关打开时，将出现保持效果。

连接到第二运算放大器的电容器只不过是保持电容器。

意义

现在，大家都知道什么是采样保持电路了。但是促使我们转向使用采样保持电路的驱动力是什么？要理解这一点，我们需要进入沟通领域。我们都知道数字通信比模拟通信更好，但为什么呢？模拟通信有什么问题？ 噪音干扰才是真正的罪魁祸首。它降低了模拟通信的效率和可靠性。因此，在数字通信中，我们需要数字信号。但自然地，所有信号都是模拟的。这是我们需要采样保持电路的转折点。 借助采样和保持电路，我们可以对模拟信号进行采样，然后使用电容器。它在特定时期内保存这些样本。因此，会生成恒定信号，可以借助模数转换器将其转换为数字信号。

采样和保持电路的工作原理

借助其组件的工作原理可以轻松理解采样保持电路的工作原理。采样保持电路的主要元件是一个N沟道增强型MOSFET、一个存储和保持电荷的电容器和一个高精度运算放大器。

N沟道增强型MOSFET将用作开关元件。输入电压通过其漏极端子施加，控制电压将通过其栅极端子施加。当施加控制电压的正脉冲时，MOSFET 将切换至导通状态。它充当闭合开关。相反，当控制电压为零时，MOSFET 将切换至截止状态并充当打开开关。 当 MOSFET 充当闭合开关时，通过漏极端子施加到其上的模拟信号将被馈送到电容器。然后电容器将充电至其峰值。当 MOSFET 开关打开时，电容器停止充电。由于电路末端连接了高阻抗运算放大器，电容器将经历高阻抗，因此无法放电。 这导致电容器在一定时间内保持电荷。这个时间可以称为持有期。生成输入电压样本的时间称为采样周期。 保持期间的输出由运算放大器处理。因此，保持时间对于OP-AMPS具有重要意义。

输入和输出波形

图中描述的波形清楚地描绘了图片。从采样和保持电路的波形可以明显看出，在导通持续时间内输出端的电压是多少。在关闭期间，运算放大器输出端存在电压。

连接

连接图有助于我们更好地了解输入电压和控制电压以及它们如何应用于运算放大器。使用的电容器应该是通用的，以便它不存在任何泄漏。由聚四氟乙烯和聚乙烯制成的电容器将适合达到我们期望的目的。

在接线图中，可以看到写着LF 398，这只不过是采样保持电路的特殊架构IC。 这里需要注意的关键点是模拟输入信号和控制信号的频率。为了保持采样和保持电路的效率，观察频率非常重要。控制电压的频率应大于输入电压的频率，以便在一个完整的周期内对模拟信号进行两次采样。

功能图

借助此图，我们可以轻松解释采样和保持电路的工作原理。

性能参数

采集时间 (T AC )：电容器获得施加到采样和保持电路的输入电压的电荷所需的时间。它被称为采集时间。

孔径时间（T AP）：孔径时间可以定义为电容器从采样状态改变到保持状态所需的时间。由于开关的传播延迟，即使发出保持命令后，电容器仍会在短时间内继续充电。这只不过是孔径时间。

电压降：电压降是由于电容器电荷泄漏而导致电容器中的电压下降。理想情况下，我们需要没有任何泄漏的电容器，但实际上这是不可能的。无论我们使用多么优质的材料，都会存在一些电压降。

保持模式稳定时间：生成保持命令后，用于电容器充电的模拟输入电压需要一些时间才能完全稳定。这称为保持模式稳定时间。

采样保持电路的应用

数据分发系统

采样示波器

数据转换系统

数字电压表

模拟信号处理

信号结构滤波器

这就完成了采样保持电路的详细描述。因此，简单来说，采样和保持电路生成模拟输入信号的样本，并在一定时间内保持最新的采样值，并将其反映在输出上。

审核编辑：黄飞