2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU...

18
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie . Circuitele cu funcţionare în regim de comutaţie au două stări stabile între care suferă o trecere rapidă : o stare de conducţie şi o stare de blocare. Circuitele pot fi folosite pentru controlul unor semnale de transmis care să fie digitale (având doar două valori discrete posibile la intrare) sau analogice (când semnalele la intrare variază în mod continuu). În cele ce urmează se vor studia circuitele de comutaţie analogice care sunt şi ele de două tipuri : a) circuite comparatoare: la care chiar semnalul aplicat la intrare, prin nivelul său , provoacă comutarea ieşirii într-o anumită stare; b) comutatoare analogice : la care semnalele aplicate în intrări (circuitul având de regulă mai multe intrări) sunt transmise la ieşire sau blocate, în funcţie de comanda aplicată asupra unei intrări speciale (numită intrare de comandă). 2.1. Comparatoare de tensiune. 2.1.1. Introducere. Tipuri de comparatoare. Comparatorul de tensiune este un circuit, care are două intrări şi o ieşire, având structura unui AO fără reacţie. Pe una din intrări se aplică o tensiune fixă, denumită tensiune de prag P V , iar pe cealaltă intrare se aplică o tensiune care este comparată cu P V . În urma comparaţiei stabileşte una din cele două valori posibile la ieşire: 01 0 0 V v V v P in (2.1) 02 0 0 V v V v P in Se constată că pentru P in V v starea ieşirii este nedefinită şi această situaţie nu trebuie să apară. De obicei se aplică o reacţie care modifică la comutarea circuitului nivelul P V .

Transcript of 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU...

Page 1: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

89

2. Circuite analogice de comutaţie .

Circuitele cu funcţionare în regim de comutaţie au două stări

stabile între care suferă o trecere rapidă : o stare de conducţie şi o

stare de blocare. Circuitele pot fi folosite pentru controlul unor

semnale de transmis care să fie digitale (având doar două valori

discrete posibile la intrare) sau analogice (când semnalele la intrare

variază în mod continuu). În cele ce urmează se vor studia circuitele

de comutaţie analogice care sunt şi ele de două tipuri :

a) circuite comparatoare: la care chiar semnalul aplicat la intrare,

prin nivelul său , provoacă comutarea ieşirii într-o anumită stare;

b) comutatoare analogice: la care semnalele aplicate în intrări

(circuitul având de regulă mai multe intrări) sunt transmise la ieşire

sau blocate, în funcţie de comanda aplicată asupra unei intrări speciale

(numită intrare de comandă).

2.1. Comparatoare de tensiune.

2.1.1. Introducere. Tipuri de comparatoare.

Comparatorul de tensiune este un circuit, care are două intrări şi o

ieşire, având structura unui AO fără reacţie. Pe una din intrări se

aplică o tensiune fixă, denumită tensiune de prag PV , iar pe cealaltă

intrare se aplică o tensiune care este comparată cu PV . În urma

comparaţiei stabileşte una din cele două valori posibile la ieşire:

0100 VvVv Pin

(2.1)

0200 VvVv Pin

Se constată că pentru Pin Vv starea ieşirii este nedefinită şi

această situaţie nu trebuie să apară. De obicei se aplică o reacţie care

modifică la comutarea circuitului nivelul PV .

Page 2: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

90

După modul în care se aplică la intrări cele două tensiuni care se

compară pot fi :

1) Comparator neinversor la care inv se aplică pe intrarea

neinversoare iar PV pe intrarea inversoare.

SPin VvVv 00

(2.2)

JPin VvVv 00

unde SV0 este nivelul înalt al tensiunii de ieşire,

JV0 este nivelul coborât al tensiunii de ieşire

În cele mai multe cazuri comparatorul este alimentat, ca şi AO, cu

tensiune dublă simetrică cccc VV , . În aceste cazuri SV0 este egal

aproximativ cu ccV , iar JV0 este egal cu aproximativ ccV . În fig.

2.1. se prezintă schema de principiu a unui comparator neinversor şi

caracteristica de transfer.

Fig.2.1.Schema de principiu a unui comparator neinversor

şi caracteristica de transfer în cazul alimentării simetrice.

2) Comparator inversor la care inv se aplică pe intrarea

inversoare iar PV pe intrarea neinversoare. În acest caz :

Page 3: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

91

VPin VvVv 00

(2.3)

oSPin VvVv 0

unde explicaţiile pentru mărimile notate au fost prezentate anterior.

Cele două tipuri de comparatoare descrise se numesc cu intrare

diferenţială, tensiunile de comparat fiind aplicate pe intrări diferite.

Este posibil ca cele două tensiuni să fie aplicate pe aceeaşi

intrare, caz în care comparatorul se numeşte cu intrare sumatoare, iar

tensiunile de comparat trebuie să aibă semne opuse.

În forma lui cea mai simplă un comparator este capabil să

formeze un semnal logic. În fig.2.2.se prezintă acţiunea compara-

torului din fig.2.1. asupra unui semnal cu variaţie analogică.

Fig.2.2.Acţiunea comparatorului neinversor diferenţial

asupra unui semnal analogic.

3) Comparator cu fereastră .

Comparatorul cu fereastră este folosit pentru a stabili dacă

tensiunea de intrare se află în interiorul sau în exteriorul unui

domeniu ales. În fig.2.3. se prezintă schema bloc a acestui circuit care

conţine două comparatoare. Pe intrarea neinversoare a comparatorului

1C se aplică nivelul de comparaţie coborât PJV , iar pe intrarea

inversoare a comparatorului 2C se aplică nivelul de comparaţie ridicat

Page 4: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

92

PSV . Prin modul de conectare al diodelor 1D şi 2D tensiunea de

ieşire 0v va fi nulă în interiorul ferestrei şi maximă în exteriorul ei.

Fig.2.3. Comparator cu fereastră şi caracteristica de transfer.

4) Comparator cu histerezis .

În funcţionarea comparatoarelor de tensiune apar două probleme :

Comutarea ieşirii de la nivelul de jos la cel de sus se face într-un

timp finit dat de viteza de variaţie a semnalului aplicat la intrare şi de

viteza de creştere a comparatorului (SR slew rate). La acest timp se

adaugă şi durata necesară trecerii comparatorului din regiunea de

saturaţie în regiunea liniară de funcţionare.

Dacă semnalul de intrare trece lent prin valoarea tensiunii de prag

stabilită şi suplimentar apar chiar zgomote în circuit atunci starea

ieşirii devine incertă şi apar basculări între cele două nivele.

Comparatorul cu histerezis reduce efectele prezentate prin structura sa

care are prevăzută o reacţie pozitivă care creşte amplificarea

circuitului peste limita de stabilitate provocând o comutare prin

avalanşă, proces care continuă chiar dacă dispare cauza. Se obţin două

mari avantaje: a) creşte viteza de comutare, bascularea devine

independentă de viteza semnalului aplicat la intrare şi este limitată

doar de rata de creştere a AO cu care este realizat comparatorul;

b) răspunsul ieşirii comparatorului este sigur,chiar la viteze lente de

variaţie a semnalului la intrare şi în prezenţa zgomotelor, deoarece

Page 5: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

93

comutările au loc la valori de prag diferite între care apare o tensiune

de histerezis.

În fig.2.4. se prezintă schema electrică a unui comparator inversor

cu histerezis. Tensiunea de prag se obţine din tensiunea de ieşire prin

divizorul realizat cu rezistoarele fR şi R . Tensiunea de ieşire are

valorile SV0 şi JV0 astfel că vor rezulta două valori pentru tensiunea

de prag date de relaţiile:

J

f

PJ VRR

RV 0

(2.4)

S

f

PS VRR

RV 0

(2.5)

Fig.2.4. Schema electrică a unui comparator inversor cu

histerezis.

În fig.2.5. este dată caracteristica de transfer a comparatorului cu

histerezis din fig.2.4.

La creşterea tensiunii de intrare tensiunea de ieşire evoluează pe

curba 1-2-3-4 având iniţial nivelul SV0 care se menţine până la PSV ,

iar la scăderea tensiunii pe intrare de la un nivel superior lui PSV ,

tensiunea de ieşire evoluează pe curba 4-3-2-1, fiind la nivelul JV0

până ce tensiunea de intrare coboară sub nivelul PJV .

Page 6: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

94

Nivelele de prag pot fi modificate prin acţionarea rezistorului

semireglabil R .

Fig.2.5.Caracteristica de transfer a circuitului din fig.2.4.

Acest mod de realizare a tensiunilor de prag conduce la o

funcţionare în jurul originii axelor. În fig.2.6. se prezintă o variantă de

comparator care realizează acelaşi domeniu pentru histerezis dar

tensiunile de prag sunt ambele pozitive.

Fig.2.6. Comparator cu histerezis la care tensiunile de prag

sunt ambele pozitive.

Montajul este capabil sa urmărească evoluţia unei mărimi si să

semnalizeze iesirea din domeniul acceptat putând comanda elementele

de reglaj în aşa fel încât să o menţină în "fereastră".

Page 7: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

95

Fig.2.7. Caracteristica de transfer a circuitului din fig.2.6.

2.1.2. Aplicaţii ale comparatoarelor .

Cele mai multe aplicaţii ale comparatoarelor utilizează

comparatoare integrate. Un comparator tipic este circuitul LM339 ale

cărui caracteristici sunt prezentate la sfârşitul acestui capitol. O

particularitate este tranzistorul de ieşire cu colectorul în gol care

necesită conectarea unei rezistenţe externe de sarcină la o tensiune

pozitivă , de regulă tensiunea ccV care alimentează circuitul. În fig.

2.8. se prezintă schema unui comparator neinversor realizat cu LM339

(1/4 din capsula care conţine 4 comparatoare identice) .

Fig.2.8. Schema unui comparator neinversor realizat cu LM339.

Page 8: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

96

1) Formarea semnalelor dreptunghiulare din semnale analogice. O

astfel de transformare este prezentată în fig.2.2. Dacă intrarea

inversoare a unui comparator neinversor este ţinută la zero, la ieşire

vor fi obţinute impulsuri dreptunghiulare de tensiune care au acelaşi

sens cu tensiunea de intrare, realizându-se un detector de trecere prin

zero. În fig.2.9. se prezintă diagramele de funcţionare ale unui astfel

de circuit.

Fig.2.9. Diagramele de funcţionare ale unui detector de

trecere prin zero .

2) Comparatorul cu fereastră este un circuit utilizat la

supravegherea unei mărimi electrice. Dacă tensiunea de intrare se află

în interiorul "ferestrei" dioda LED este aprinsă (fig.2.10.) .

Fig.2.10. Realizarea unui comparator cu fereastră cu indicator optic .

Page 9: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

97

Un astfel de circuit permite sortarea automată a componentelor

electronice în liniile de producţie industriale.

3) Conversia analog-digitală şi digital-analogică a semnalelor

reprezintă o categorie specială a aplicaţiilor specifice comparatoarelor.

Aceste aspecte vor fi discutate în capitolul 4.

2.1.3. Comparatorul LM339 .

Unul dintre cele mai utilizate comparatoare integrate este LM339.

Circuitul conţine 4 comparatoare care au fiecare o schemă electrică ca

în fig.2.11.

Fig.2.11. Schema electrică a unuia din cele patru comparatoare

conţinute în circuitul LM339 produs de ST MICROELECTRONICS .

Se observă că pentru a funcţiona, comparatorul trebuie conectat

cu terminalul de ieşire la +Vcc printr-un rezistor. Aceasta este o

structură numită „cu colectorul în gol” care permite alegerea optimă a

rezistorului de sarcină în funcţie de aplicaţie.

Page 10: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

98

Caracteristici electrice principale ale circuitului LM339ST. Simbol Parametrul Valori Unitati

Vcc Tensiune de alimentare ±18 ÷ +36 V

Vid Tensiune diferenţială de intrare ±36V V

Vi Tensiune de intrare -0,3 ÷ +36 V

tr Timp de răspuns (Rs = 5,1KΩ) 1,3 μs

Pd Putere disipată DIP14

SO14 TSSOP14

1500

830 710

mW

Tstg Temperatură de stocare -65 ÷ +150 0C

Tj Temperatura joncţiunii +150 0C

Fig.2.12. Schema de conexiune a terminalelor la LM339-ST

2.2. Comutatoare analogice .

2.2.1. Introducere .

Un circuit de comutare analogică este în principiu un

"întrerupător electronic" comandat care permite sau nu permite

trecerea semnalului de la intrare la ieşire. Există foarte multe aplicaţii

ale comutatoarelor analogice din care pot fi enumerate:

multiplexoare şi demultiplexoare analogice;

modulatoare de tip chopper (tocător);

circuite de eşantionare şi memorare;

divizoare de tensiune programabile;

circuite de conversie A/N şi N/A;

generarea de semnale.

Page 11: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

99

Un comutator electronic trebuie să satisfacă câteva cerinţe:

1) Să aibă o rezistenţă echivalentă redusă în regim de conducţie de

ordinul 10010 (de ex. la MMC 4066 80ONr ) ;

2) Să prezinte o rezistenţă foarte mare în starea de blocare

( 910OFFr ) ;

3) Să nu existe cuplaj între circuitul de comandă şi calea comandată ;

4) Să aibă o liniaritate bună în raport cu nivelul semnalului

transmis:max 0,5% distorsiuni la nivelul maxim de intrare ;

5) Timp de răspuns scurt la tensiunea de comandă. În cazul existenţei

a mai multe canale MHzf 10 ;

6) Rezistenţe în starea de conducţie cât mai apropiate. În cazul

existenţei a mai multe canale 5ONr ;

7) Diafonie (cuplaj) cât mai redus între comutatoare (crosstalk): -

50dB tipic.

Comutatoarele analogice pot comuta fie tensiunea , fie curentul.

A) Comutarea tensiunii se poate face utilizând schemele de

principiu din fig.2.11. în care comutatorul este reprezentat ca un

element "mecanic", comandat de o tensiune dreptunghiulară.

Fig.2.13. Comutatoare analogice de tensiune :

a) tip serie ; b) tip serie- paralel.

Condiţia este ca la ieşire, în momentul închiderii comutatorului

tensiunea 0v să fie identică cu inv .

B) Comutarea curentului poate fi realizată prin schemele de

principiu din fig.2.12.

Page 12: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

100

Fig.2.14. Comutatoare analogice de curent :

a) tip paralel ; b) tip paralel-serie.

Curentul de ieşire este identic cu curentul de intrare independent de

valoarea sarcinii.

2.2.2. Realizarea circuitelor comutatoare analogice .

Comutatoarele analogice pot fi realizate prin utilizarea unor

dispozitive active "clasice" ca : diodele , tranzistoarele bipolare şi

tranzistoarele cu efect de câmp. În continuare se vor analiza variante

de comutare cu tranzistoare cu efect de câmp care realizează în

prezent cele mai performante circuite de comutare.

În fig.2.15. se prezintă schema unui comutator analogic de

tensiune tip serie realizat cu TECJ cu canal n. Dacă tensiunea de

comandă, care se aplică între grila şi sursa tranzistorului, este negativă

şi mai mare decât tensiunea de prag , PV , tranzistorul este blocat şi nu

permite trecerea semnalului de intrare inv spre ieşire. Dacă tensiunea

de comandă aduce tensiunea între grila şi sursa tranzistorului la zero,

atunci tranzistorul intră în conducţie, iar semnalul de intrare inv este

transmis la ieşire. Dezavantajul acestui circuit este cuplajul de nivel

între tensiunea de comandă şi tensiunea de intrare care impune

anumite condiţii de lucru.

Page 13: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

101

Fig.2.15. Comutator analogic cu tranzistor TECJ canal n .

Există pericolul ca pentru a aduce tranzistorul în conducţie,

tensiunea grilă-sursă să devină pozitivă, ceea ce înseamnă absorbţie de

curent în circuitul de grilă şi cuplajul nepermis cu semnalul de intrare.

Comutatorul cu TECMOS este cea mai utilizată variantă de

circuit, realizând caracteristici deosebite. Se apelează la proprietatea

de izolare totală a grilei faţă de canal, indiferent de polaritatea

tensiunii aplicate acesteia faţă de sursă . Pentru a se asigura o excursie

mare a tensiunii de intrare, atât la valori pozitive cât şi la valori

negative faţă de masă, se utilizează o structură formată din două

tranzistoare TECMOS complementare conectate în paralel , unul tip n

şi celălalt tip p, realizându-se o structură de tip CMOS. În fig.2.16.

este prezentată o astfel de poartă de transmisie (comutator CMOS -

transmission gate).

Fig.2.16. Poarta de transmisie CMOS şi simbolul acesteia .

Page 14: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

102

Poarta CMOS este deschisă când intrarea de control A este la

nivelul de sus DDV şi intrarea A este la nivelul de jos SSV . În

acest caz rezistenţa serie între intrare şi ieşire este foarte mică, ceea ce

înseamnă că poarta este în conducţie. Dacă intrarea de control A este

în starea de jos SSV iar A este la nivelul de sus DDV , poarta

ajunge în stare de blocare având o rezistenţă intrare-ieşire foarte mare

( 910OFFr ). Poarta de transmisie CMOS prezentată este simetrică

din punct de vedere al transmisiei semnalului.

2.2.3. Aplicaţii ale comutatoarelor analogice .

A. Multiplexoare şi demultiplexoare analogice.

În circuitele electronice apare necesitatea ca un anumit bloc să fie

conectat succesiv la diferite surse de semnal fără ca acestea să se

influenţeze.

Metoda utilizată este divizarea în timp, adică folosirea pe rând a

resurselor blocului de către fiecare din semnale un interval de timp .

Un ciclu de funcţionare va avea o durată n , dacă numărul total de

semnale este n . Acesta este procesul de multiplexare analogică în

domeniul timp. Procesul complementar este demultiplexarea

analogică în care n semnale care ajung prin aceeaşi linie sunt ghidate

succesiv către n ieşiri .

În fig.2.17. se prezintă schema bloc a unui multiplexor analogic.

Acesta are n intrări la care se aplică simultan semnalele şi n intrări

de comandă care pot comuta câte o intrare la ieşirea comună.

Multiplexorul este astfel comandat încât la un moment dat numai o

singură intrare este conectată la ieşire.

Page 15: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

103

Fig.2.17. Schema bloc a unui multiplexor analogic cu n intrări.

În fig.2.18. este prezentată schema bloc a unui demultiplexor

analogic cu m ieşiri. Fiind conectat cu intrarea la o linie (cale) de

capacitate ridicată prin care circulă m semnale decalate în timp,

multiplexorul este capabil să le dirijeze succesiv către cele m ieşiri ale

sale. Desigur că pentru o funcţionare corectă trebuie să existe un

sistem de sincronizare care să aplice la momentul potrivit comanda

asupra celor m comutatoare.

Circuitele de multiplexare şi demultiplexare analogică au

numeroase aplicaţii dintre care :

Comutatoare analogice audio care schimbă sursa de semnal conectată

către amplificatorul de putere;

Selectoare pentru programul recepţionat în sistemele audio-video

(comandă acordul electronic prin diode VARACTOR) ;

Reglarea nivelului de tensiune prin comutarea unor reţele de

rezistoare în mod controlat ;

Sisteme de achiziţii de date cu multe canale ;

Transmisia analogică de date prin multiplexare .

Page 16: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

104

Fig.2.18. Schema bloc a unui demultiplexor analogic cu m ieşiri.

B. Circuite de eşantionare şi memorare.(S/H - sample and hold)

Unui circuit S/H i se aplică un semnal analogic pe care acesta îl

urmăreşte (eşantionează) şi la momente de timp convenabil alese

extrage eşantioane de nivel pe care le memorează. Circuitul are deci

două etape în funcţionare:

1) faza de eşantionare (urmărire) ,S, în care semnalul de la ieşire

reproduce semnalul de la intrare ;

2) faza de memorare ,H , când semnalul de la ieşire este constant şi

egal cu valoarea avută în faza de eşantionare la aplicarea comenzii de

memorare.

Un circuit S/H este prezentat în fig.2.18. Este format dintr-un

comutator analogic de tensiune serie şi un condensator C care

realizează memorarea nivelului în faza H. Când comutatorul K este

închis se obţine invv 0 , iar capacitatea se încarcă la această tensiune.

La deschiderea comutatorului condensatorul C rămâne încărcat la

ultima valoare.

Page 17: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II)

105

Fig.2.19. Descrierea procesului de eşantionare şi memorare.

În funcţionarea circuitelor S/H apar limitări legate de viteza de

urmărire a semnalului de ieşire faţă de cel aplicat la intrare şi de durata

memorării în condensator, fiind necesar un condensator cu pierderi

foarte mici. Apar două constante de timp: a) constanta de timp de

intrare CRii care este de dorit să fie cât mai mică pentru a creşte

viteza de urmărire şi b) constanta de timp de ieşire CRS0 care

trebuie să fie cât mai mare pentru a permite o memorare de durată

acceptabilă.

Pentru îmbunătăţirea performanţelor se pot utiliza repetoare cu

AO ca în fig.2.21.

Fig.2.20. Schema electrică de principiu a unui circuit S/H.

Page 18: 2. Circuite analogice de comutaţieftufescu/Circuite de comutatie.pdfFLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE ŞI CIRCUITE ELECTRONICE (II) 89 2. Circuite analogice de comutaţie. Circuitele

CIRCUITE ANALOGICE DE COMUTAŢIE

106

Fig.2.21. Circuit S/H cu performanţe îmbunătăţite utilizând 2 AO.

Principala aplicaţie a circuitelor de eşantionare şi memorare este

în conversia analog-digitală a semnalelor,ca circuite ce se află înaintea

convertorului analog-digital pentru a aplica acestuia o tensiune

constantă pe durata efectuării conversiei.

Fig. 2.22. Schema unui circuit S/H cu TECJ şi AO LM116 .