サンプルホールド回路は、アナログ入力信号からサンプルを取り出し、特定の時間保持してから、入力信号のサンプリングされた部分を出力します。この回路は、数マイクロ秒の入力信号をサンプリングする場合にのみ役立ちます。
サンプルアンドホールド回路は、スイッチングデバイス、コンデンサ、オペアンプで構成されています。コンデンサは、サンプリングされた入力信号を保持し、コマンド入力に従って出力で提供するため、サンプルホールド回路の心臓部です。この回路は、変換プロセスを損なう可能性のある入力信号の特定の変動を除去するために、主にアナログ-デジタルコンバータで使用されます。
サンプルアンドホールド回路の一般的なブロック図を以下に示します。
一般的に印加される入力電圧信号は、連続的に変化するアナログ信号です。コマンド入力は、入力信号のサンプリングと保持をトリガーするために提供されています。コマンド入力は、入力信号のサンプリングを開始/停止するためのオン/オフ信号に他ならず、通常はPWMです。サンプリングと保持のプロセスは、コマンド入力によって異なります。スイッチが閉じているときは信号がサンプリングされ、スイッチが開いているときは回路が出力信号を保持します。スイッチのON / OFF状態は、コマンド入力によって制御されます。
サンプルホールド回路の理想的な入力および出力波形を以下に示します。
上の図から、この回路はコマンド入力がハイの時間に入力信号のサンプルを取得し、出力で同じサンプルを複製することが明確に理解できます。また、コマンド入力がLOWの場合、サンプリングされた信号の最後の電圧レベルを維持します。
サンプルアンドホールド回路を シミュレートすると、上記の波形が得られます。完全なサンプルアンドホールド回路シミュレーションビデオは最後にあります。
必要な材料
- uA741オペアンプIC
- 2N4339NチャネルJFET
- アナログ入力およびパルス入力ジェネレータ
- 抵抗器（10k、10M）
- ダイオード（1N4007）
- コンデンサ（0.1uf-1nos）
回路図
入力端子にアナログ信号を供給するために、6-0-6降圧トランスを使用できます。また、トランジスタにパルスまたはPWM入力を与えるために、555タイマーICを非安定モードで使用できます。また、+ 5〜 + 15Vの範囲のオペアンプICにVccを供給するためのDC電源も必要です。
サンプルアンドホールド回路の動作
回路図でわかるように、2N4339 NチャネルJFET、オペアンプ、およびコンデンサを使用しました。コマンド入力（PWM入力）は2N4339トランジスタのゲート端子に接続されています。回路図でわかるように、2N4339 NチャネルJFET、オペアンプ、およびコンデンサを使用しました。コマンド入力（PWM入力）は2N4339トランジスタのゲート端子に接続されています。ダイオード1N4007もコマンド入力と2N4339NチャネルJFETの間に接続されています。
さて、問題はなぜダイオードが逆の状態で接続されているのかということです。2N4339について簡単に紹介します。2N4339は、低ノイズで高ゲインのNチャネルJFETです。2N4339は、ゲート-ソース間電圧が-0.3v〜-50v（最大）の範囲にある場合にのみ導通（オン）します。これで、コマンド入力の初期電圧を-15Vに、パルス電圧を15Vに設定しました。したがって、コマンド入力電圧が負の場合は常に、ダイオードが順方向にバイアスされ、トランジスタがオンになり、その逆も同様です。
ここでは、オペアンプ741を電圧フォロワとして使用します。これは、電圧フォロワは一般に入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いためです。これは、入力信号が低電流の場合に使用されます。これは、電圧フォロワが次のステージに十分な電流を供給できるためです。
したがって、コマンド入力がHIGHの場合は常に、トランジスタは閉じたスイッチとして機能し、この時点でコンデンサはピーク値まで充電を開始し、トランジスタがオン状態のときの入力信号のサンプルを保存します。これで、コマンド入力がLOWの場合、トランジスタはオープンスイッチとして機能し、コンデンサは高インピーダンスになります。これにより、コンデンサは放電できず、特定の期間電荷を保持します。この時間は、保持期間と呼ばれます。また、回路が入力信号をサンプリングする時間は、サンプリング周期と呼ばれます。
サンプルアンドホールド回路のいくつかのアプリケーション
- ADC（アナログ-デジタル変換）
- DAC（デジタルからアナログへの変換）
- アナログ逆多重化
- 線形システムでは
- データ配信システム
- デジタル電圧計で
- 信号構造フィルター