Jednokierunkowa bramka do pobierania próbek
Po zapoznaniu się z koncepcją bramek próbkowania, spróbujmy teraz zrozumieć typy bramek próbkowania. Jednokierunkowe bramki próbkowania mogą przepuszczać przez nie dodatnie lub ujemne impulsy. Są zbudowane za pomocą diod.
Jednokierunkowy obwodu bramki próbkowania składa się z kondensatora C, dioda D i dwa rezystory R 1 i R l . Sygnał wejściowy jest podawany do kondensatora, a sygnał sterujący do rezystora R 1 . Wyjście jest pobierane przez rezystor obciążający R L . Obwód jest taki, jak pokazano poniżej.
Zgodnie z działaniem diody przewodzi tylko wtedy, gdy anoda diody jest bardziej dodatnia niż katoda diody. Jeśli dioda ma na wejściu sygnał dodatni, to przewodzi. Okres, w którym sygnał bramki jest włączony, jest okresem transmisji. Stąd jest to okres, w którym przesyłany jest sygnał wejściowy. W przeciwnym razie transmisja nie jest możliwa.
Poniższy rysunek przedstawia okresy czasu sygnału wejściowego i sygnału bramki.
Sygnał wejściowy jest przesyłany tylko przez okres czasu, w którym bramka jest włączona, jak pokazano na rysunku.
Z obwodu, który mamy,
Anoda diody jest przykładana z dwoma sygnałami (V S i V C ). Jeżeli napięcie na anodzie jest oznaczone jako V P, a napięcie na katodzie jest wskazane jako V N, to napięcie wyjściowe jest otrzymywane jako
$$ V_o = V_P = (V_S + V_C)> V_N $$
Więc dioda jest w stanie przewodzenia.
$$ V_O = V_S + V_1> V_N $$
Następnie
$$ V_O = V_S $$
Gdy V 1 = 0,
Następnie
$$ V_O = V_S + V_1 \: Co \: oznacza \: V_O = V_S $$
Idealna wartość V 1 = 0.
Tak więc, jeśli V 1 = 0, cały sygnał wejściowy pojawia się na wyjściu. Jeśli wartość V 1 jest ujemna, to część wejścia jest tracona, a jeśli V 1 jest dodatnia, na wyjściu pojawia się dodatkowy sygnał wraz z wejściem.
To wszystko dzieje się w okresie transmisji.
W okresie bez transmisji
$$ V_O = 0 $$
Ponieważ dioda jest w stanie spolaryzowanym do tyłu
Gdy napięcie na anodzie jest mniejsze niż napięcie na katodzie,
$$ V_S + V_C <0 \: V $$
W okresie bez transmisji
$$ V_C = V_2 $$
$$ V_S + V_2 <0 $$
Wielkość V 2 powinna być bardzo duża niż V s .
$$ | V_2 | ≫ V_S $$
Ponieważ aby dioda działała odwrotnie, suma napięć V S i V C powinna być ujemna. V C (czyli teraz V 2 ) powinno być tak ujemne, jak to tylko możliwe, aby chociaż V S było dodatnie, suma obu napięć powinna dać wynik ujemny.
Przypadki specjalne
Zobaczmy teraz kilka przypadków dla różnych wartości napięć wejściowych, w których napięcie sterujące ma pewną wartość ujemną.
Przypadek 1
Weźmy przykład, gdzie V S = 10 V i V C = -10 V (V 1 ) do -20 V (V 2 )
Teraz, gdy te dwa sygnały zostaną zastosowane (V S i V C ), wówczas napięcie na anodzie będzie
$$ V_P = V_S + V_C $$
Ponieważ jest to o okresie transmisji tylko V 1 jest uważany za V C .
$$ V_O = (10 V) + (-10 V) = 0 V $$
W związku z tym wyjście będzie równe zero, chociaż przykładana jest pewna ilość napięcia wejściowego. Poniższy rysunek wyjaśnia ten punkt.
Przypadek 2
Weźmy przykład, gdzie V S = 10 V i V C = -5 V (V 1 ) do -20 V (V 2 )
Teraz, gdy te dwa sygnały zostaną zastosowane (V S i V C ), wówczas napięcie na anodzie będzie
$$ V_P = V_S + V_C $$
Ponieważ jest to o okresie transmisji tylko V 1 jest uważany za V C .
$$ V_O = (10 V) + (-5 V) = 5 V $$
Stąd wyjście będzie wynosić 5 V. Poniższy rysunek wyjaśnia ten punkt.
Przypadek 3
Weźmy przykład, gdzie V S = 10 V i V C = 0v (V 1 ) do -20v (V 2 )
Teraz, gdy te dwa sygnały zostaną zastosowane (V S i V C ), wówczas napięcie na anodzie będzie
$$ V_P = V_S + V_C $$
Ponieważ jest to o okresie transmisji tylko V 1 jest uważany za V C .
$$ V_O = (10 V) + (0 V) = 10 V $$
Stąd wyjście będzie wynosić 10 V. Poniższy rysunek wyjaśnia ten punkt.
Przypadek 4
Weźmy przykład, gdzie V S = 10 V i V C = 5v (V 1 ) do -20v (V 2 )
Teraz, gdy te dwa sygnały zostaną zastosowane (V S i V C ), wówczas napięcie na anodzie będzie
$$ V_P = V_S + V_C $$
Ponieważ jest to o okresie transmisji tylko V 1 jest uważany za V C .
$$ V_O = (10 V) + (5 V) = 15 V $$
Stąd wyjście będzie wynosić 15 V.
Na napięcie wyjściowe wpływa przyłożone napięcie sterujące. To napięcie sumuje się na wejściu, aby wytworzyć wyjście. Dlatego wpływa na wydajność.
Poniższy rysunek przedstawia nałożenie obu sygnałów.
Możemy zauważyć, że w czasie, gdy przykładane jest tylko napięcie bramki, na wyjściu będzie 5V. Kiedy oba sygnały są stosowane V P występuje jako V O . W okresie bez transmisji sygnał wyjściowy wynosi 0 V.
Jak widać na powyższym rysunku, różnica w sygnałach wyjściowych w okresie transmisji i okresu bez transmisji, chociaż (przy V S = 0) sygnał wejściowy nie jest stosowany, nazywana jestPedestal. Ten cokół może być pozytywny lub negatywny. W tym przykładzie na wyjściu otrzymujemy dodatnią podstawę.
Wpływ RC na napięcie sterujące
Jeżeli sygnał wejściowy zostanie przyłożony, zanim napięcie sterujące osiągnie stan ustalony, na wyjściu wystąpią pewne zniekształcenia.
Prawidłowe wyjście uzyskujemy tylko wtedy, gdy sygnał wejściowy jest podany, gdy sygnał sterujący ma wartość 0v. To 0v jest wartością stabilną. Jeśli sygnał wejściowy zostanie podany wcześniej, wystąpią zniekształcenia.
Powolny wzrost napięcia sterującego w punkcie A jest spowodowany obecnością obwodu RC. Stała czasowa będąca wynikiem RC wpływa na kształt tego przebiegu.
Plusy i minusy jednokierunkowych bramek do pobierania próbek
Przyjrzyjmy się zaletom i wadom jednokierunkowej bramki próbkowania.
Zalety
Obwód jest prosty.
Opóźnienie czasowe między wejściem a wyjściem jest zbyt małe.
Można go rozszerzyć na większą liczbę wejść.
W okresie bez transmisji nie jest pobierany prąd. Dlatego w stanie spoczynku nie występuje żadne rozpraszanie mocy.
Niedogodności
Istnieje interakcja między sygnałami sterującymi i wejściowymi (V C i V S )
Wraz ze wzrostem liczby wejść rośnie obciążenie na wejściu sterującym.
Wyjście jest wrażliwe na sterujące napięcie wejściowe V 1 (górny poziom V C )
W jednej chwili należy zastosować tylko jedno wejście.
Z powodu wolnego czasu narastania sygnału sterującego wyjście może ulec zniekształceniu, jeśli sygnał wejściowy zostanie przyłożony przed osiągnięciem stanu ustalonego.