Устройства выборки-хранения

Схема простейшего УВХ (рис 11.18) содержит два повторителя на ОУ DA1, DA2. Малое выходное сопротивление первого повторителя DA1 обеспечивает быстрый процесс заряда емкости С в режиме выборки. Большое входное сопротивление повторителя DA2 уменьшает разрядный ток емкости С в режиме хранения.

Рис 11.18. Схема УВХ

В режиме выборки разница между входным и выходным напря­жениями УВХ определяется степенью неидеальности аналогового ключа и ОУ.

В режиме хранения напряжение на запоминающем конден­саторе С3 изменяется из-за протекания паразитных токов утечек ключа и конденсатора, а также входных токов ОУ.

Изменение выходного напряжения DU_вых =DUс в процессе хранения в течении интервала времени Т_хр (или погрешность хранения напряжения ) за счет токов утечки I_ут=U_{вых max} /R_ут может быть найдена как ,

где , R_ут – сопротивление утечки, обусловленное токами утечки емкости, монтажа и входного тока повторителя DA2.

Отсюда при заданной погрешности d_УВХ емкость конденсатора С может быть найдена

.

Время выборки t_уст временем заряда конденсатора С

t_уст=C×r_кл, где r_кл – сопротивление ключа во включенном состоянии.

В схеме (рис 11.19) для увеличения скорости заряда конденсатора С в режиме выборки введена обратная связь с выхода УВХ на инвертирующий вход ОУ DA1. ОУ DA1 играет роль компаратора сигналов U_вых и U_вх. Если Uвх отличается от напряжения на конденсаторе Uс, то DA1 находится либо в плюс насыщении, либо минус насыщении. Конденсатор С заряжается через r_кл большим током за счет большого перепада напряжения. При равенстве Uвх »Uс ОУ переходит в линейный режим и отслеживает напряжение в режиме выборки.

Рис 11.19. Условная схемотехника интегральной микросхемы УВХ К1100СК3

Для предотвращения насыщения ОУ в обратную связь ОУ DA1 включены встречно-параллельно диоды VD1,2. R1 ограничивает выходной ток через диоды при насыщении DA1. Подобное схемное решение используется в отдельной функциональной схеме УВХ К1100СК3 (в отечественных сериях ИС буквенный индекс СК зарезервирован за УВХ). Подобные УВХ используется в современных АЦП и микроконтроллерах для увеличения времени, отводимого на преобразование аналогового сигнала.

Быстродействие УВХ определяется в основном временем выборки, основной составляющей которого является время заряда запоминающего конденсатора. Для повышения быстродействия следует брать емкость минимальной, но это увеличивает погреш­ность УВХ при хранении. Компромиссным решением является построение УВХ из двух каскадов. Первый каскад имеет небольшую емкость запоми­нающего конденсатора и, следовательно, быструю выборку. Сравнительно большое время хранения получается во втором каскада УВХ, где конденсатор хранения заряжается от первого каскада УВХ, прежде чем его выходное напряжение изменится на величину, больше допусти­мой. Поэтому величина конденсатора второго каскада может быть значительно больше, чем первого.