Главная Промышленная автоматика.

буферный усилитель для быстродействующего точного Ц/А-преобразователя. Комбинированную частотную характеристику схемы можно настроить на получение оптимального времени установления с очень малым отклонением выхода относительно конечного значения.

6.3. ВЕНТИЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ

Функция выборки-хранения (ВД)-очень широко используемая в линейных системах операция. Устройство выборки-хранения имеет вход аналогового сигнала, управляющий вход и выход аналогового сигнала. Оно всегда работает в одном из двух режимов: выборки, при которой выход его с максимальной скоростью достигает напряжения входного сигнала и точно отслеживает его до тех пор, пока не поступит команда на хранение, во время которого на выходе остается то последнее значение входного сигнала, которое он имел в момент прихода сигнала смены режима. Если сформулировать все это проще, то схема выборки-хранения представляет собой аналоговый ключ, который по команде выбирает мгновенный уровень аналогового сигнала и сохраняет это напряжение как уровень постоянного тока. Фиг. 6.31 показывает типичные формы кривых при работе устройства выборки-хранения.

Устройство выборки-хранения можно выполнить в виде пары вентильных операционных усилителей, нормально соединенных в конфигурации повторителя напряжения. Вход управления нормально работает от «стандартных» логических уровней и обычно совместим с ТТЛ- или МОП-логикой. До недавнего времени схемы выборки-хранения можно было сделать лишь в модульном или гибридном исполнении. Чаще всего, однако, схема выборки-хранения конструируется самим пользователем из аналогового ключа, конденсатора и операционного усилителя с очень малым током смещения, как показано на фиг. 6.32.

Высококачественная схема выборки-хранения должна отвечать трем специфическим требованиям:

1. Конденсатор хранения должен заряжаться, и конечное значение напряжения на нем должно устанавливаться как можно быстрее.

2. При хранении ток утечки с конденсатора должен быть как можно меньше, с тем чтобы минимизировать временной дрейф напряжения.

3. Другие источники ошибок должны быть минимальны.

В создаваемых схемах выборки-хранения, особенно в случае выполнения их пользователями, идут на ряд компромиссов



В выполнении перечисленных требований. Усилитель или другое устройство, возбуждаюпхее аналоговый ключ, должно

Вход управления В/Ж р

Вход аналогодт сигнала


Вькод

Вход

Команда Выборки


шллги

i I III I I I

-I j-j 1-Хранение U U Выборка


Выход

Фиг. 6.31. Устройство выборки-хранения, а-блок-схема; б-типичные формы сигналов выборки-хранепия.

Вход сигнала

Аналоговый ключ


Выход

о

УnpaBляюшuu Вход

Фиг. 6.32. Простая схема устройства выборки-хранения.

А-усилитель с транзисторами со сверхвысоким значением Р или с полевыми транзисторами на входе.

иметь большую нагрузочную способность и стабильно работать на емкостные нагрузки. Аналоговый ключ должен иметь низкое сопротивление в состоянии «включено» и исключитель-



но малые токи утечки в состоянии «выключено». Однако в большинстве аналоговых ключей (за исключением ключей с изоляцией диэлектриком) токи утечки имеют тенденцию к увеличению до нескольких сотен наноампер при повышенных температурах. Аналоговый ключ должен иметь очень слабую связь между цифровым входом и аналоговым выходом, поскольку в противном случае любые выбросы, возникающие в момент переключения, будут изменять заряд на конденсаторе. Выходной усилитель должен

обладать исключительно низ- ggg- г* КИМ значением тока смещения во всем диапазоне рабочих Вхсд+ С температур, а также малый Баланс г-дрейф и достаточно большую скорость нарастания - сочета- ние, достижимое только в немногих усилителях.

В первой монолитной аналоговой интегральной схеме выборки-хранения (фиг. 6.33)

сдВага L

-% i:

Н.П. z Выходу


р- Ц Управление ВЛ "2 Земля

2 Экран (Н.П.)

-j Конденсатор Г- хранения

2 Экран (Н.П.) 1 +Vcc 1 Н.П.

JI™"V" Фиг. 6.33. функциональное изображе-

ние монолитного устройства выборки-хранения. Н. п. -не подключен.

Al представляет собой высококачественный операционный усилитель, имеющий превосходную скорость нарастания

и возможность стабильной работы на большую емкостную нагрузку. Переключательный элемент - это высокоэффективный биполярный транзисторный каскад с исключительно малой утечкой в выключенном состоянии. Выходной усилитель Лг-это повторитель напряжения с МОП-транзисторами на входе, выбранный из-за исключительно малого тока смещения.

Входы с МОП-транзисторами редко используются в усилителях постоянного тока, поскольку их дрейф напряжения сдвига трудно контролировать. Однако в данной конфигурации обычно между входом и выходом всего устройства устанавливается внешняя отрицательная обратная связь, и на входах эффект от этого дрейфа сдвига делится на коэффициент усиления без обратной связи входного усилительного каскада.

Схема монолитного устройства выборки-хранения представлена на фиг. 6.34. Во время выборки (сигнал В/Х «низкий») путь для прохождения сигнала через входной усилительный каскад начинается на транзисторах Qsi-q34, проходит через транзисторы q45 и q46 и затем на вывод конденсатора хранения через q51-54- Выходной повторитель имеет вход на МОП-транзисторе Qgg.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 [92] 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

0.005