Подробный анализ работы некоторых схем на операционных усилителях
4.16. Выборка - запоминание
Схеме детекторного повторителя близка схема выборки - запоминания. Эти схемы широко распространены в цифровых системах, где требуется осуществлять преобразование аналоговых напряжений в цифровые значения, с которыми работает компьютер. Чаще всего производится захват и фиксация напряжения (напряжений), само же преобразование выполняется в дальнейшем. Основными компонентами схемы выборки - запоминания являются операционный усилитель и переключатель на полевом транзисторе; суть схемы поясняет рис. 4.41, а). ИС1 - это повторитель, предназначенный для формирования низкоомного отображения входного сигнала Транзистор Т1 пропускает сигнал во время «выборки» и блокирует его прохождение в момент «запоминания». Конденсатор С запоминает сигнал таким, как он был в момент выключения транзистора Т1. ИС2 - это повторитель с большим входным импедансом (со входами на полевых транзисторах), благодаря чему минимизируется ток через конденсатор во время «запоминания». Величина С выбирается, исходя из компромисса: ток утечки в Т1 и повторителе вызывает спад напряжения на конденсаторе С во время запоминания в соответствии с выражением dU/dt = Iутечки/С. В связи с этим для минимизации спада конденсатор С должен быть большим. Однако, сопротивление транзистора T1 во включенном состояний образует в сочетании с конденсатором С фильтр низких частот. В связи с этим конденсатор С должен быть небольшим» тогда высокочастотные сигналы не будут искажаться ИС1 должна обеспечивать ток заряда конденсатора C - I = CdU/dt и должна обладать достаточной скоростью нарастания для повторения входного сигнала. На практике скорость нарастания всей схемы обычно ограничивается выходным током ИС1 и сопротивлением транзистора T1 во включенном состоянии.
Рис. 4.41. Схема выборки - запоминания, а - стандартная конфигурация, форма сигнала утрирована; б - интегральная схема LF398 - схема выборки - запоминания на одном кристалле.
Упражнение 4.8. Допустим, что схема ИС1, выдает выходной ток, равный 10 мА; С = 0,01 мкФ. При какой максимальной скорости нарастания сигнала на входе схема может в точности повторять входной сигнал? Чему равна выходная ошибка, если сопротивление транзистора Т1 во включенном состоянии составляет 50 Ом, а входной сигнал нарастает со скоростью 0,1 В/мкс? Чему равна скорость спада в состоянии «запоминания», если ток утечки транзистора Т1 и ИС2 составляет 1 нА?
Как в схеме выборки - запоминания, так и в схеме пикового детектора ОУ управляет емкостной нагрузкой. При разработке подобных схем помните, что для них нужен ОУ, обладающий стабильностью при единичном коэффициенте усиления и емкостной нагрузке. Некоторые ОУ (например, типа LF355/6) предназначены специально для работы непосредственно на большую емкостную нагрузку 0,01 мкФ). Другие практические приемы мы обсудим в разд. 7.07 (см. рис. 7.17).
Разрабатывать схемы выборки - запоминания нет необходимости, т.к. промышленность выпускает прекрасные ИС которые включают в себя все необходимые элементы за исключением конденсатора. Широко используется схема типа LF398 фирмы National; в недорогом корпусе с 8 выводами заключен переключатель на полевом транзисторе и два ОУ. Рис. 4.41, б), показывает как воспользоваться этой схемой. Обратите внимание, что петля обратной связи охватывает оба ОУ. Существует множеств интегральных схем выборки - запоминания, обладающих характеристиками лучшими, чем у LF398; например, схема типа AD585 фирмы Analog Devices включает в себя внутренний конденсатор и гарантирует максимальное время захвата 3 мкс при точности 0,01% для сигнала в виде ступени величиной 10 В.