В электронике схема выборки и хранения (также известная как схема выборки и следования) — это аналоговое устройство , которое делает выборку (захватывает, берет) напряжение непрерывно изменяющегося аналогового сигнала и удерживает (блокирует, замораживает) его значение на постоянном уровне в течение определенного минимального периода времени. Схемы выборки и хранения и связанные с ними пиковые детекторы являются элементарными аналоговыми запоминающими устройствами. Они обычно используются в аналого-цифровых преобразователях для устранения изменений во входном сигнале, которые могут повредить процессу преобразования. [1] Они также используются в электронной музыке, например, для придания случайного качества последовательно проигрываемым нотам.
Типичная схема выборки и хранения хранит электрический заряд в конденсаторе и содержит по крайней мере одно коммутационное устройство, такое как переключатель на полевом транзисторе (FET) и обычно один операционный усилитель . [2] Для выборки входного сигнала переключатель подключает конденсатор к выходу буферного усилителя . Буферный усилитель заряжает или разряжает конденсатор так, что напряжение на конденсаторе практически равно или пропорционально входному напряжению. В режиме удержания переключатель отключает конденсатор от буфера. Конденсатор неизменно разряжается собственными токами утечки и полезными токами нагрузки, что делает схему по своей сути нестабильной , но потеря напряжения ( падение напряжения ) в течение указанного времени удержания остается в пределах приемлемой погрешности для всех, кроме самых требовательных приложений.
Схемы выборки и хранения используются в линейных системах. В некоторых типах аналого-цифровых преобразователей (АЦП) входной сигнал сравнивается с напряжением, генерируемым внутри цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Схема пробует ряд значений и прекращает преобразование, как только напряжения становятся равными в пределах некоторой определенной погрешности. Если бы входному значению было разрешено изменяться во время этого процесса сравнения, полученное преобразование было бы неточным и, возможно, не связанным с истинным входным значением. Такие преобразователи последовательного приближения часто включают в себя внутренние схемы выборки и хранения. Кроме того, схемы выборки и хранения часто используются, когда необходимо одновременно измерять несколько выборок. Каждое значение выбирается и удерживается с использованием общего тактового генератора выборки.
Для практически всех коммерческих жидкокристаллических активных матричных дисплеев на основе электрооптических ЖК-ячеек TN, IPS или VA (исключая бистабильные явления) каждый пиксель представляет собой небольшой конденсатор, который необходимо периодически заряжать до уровня, соответствующего значению шкалы серого (контрастности), требуемому для элемента изображения. Для поддержания уровня во время цикла сканирования (периода кадра) параллельно каждому ЖК-пикселю подключается дополнительный электрический конденсатор, чтобы лучше удерживать напряжение. Тонкопленочный переключатель FET адресуется для выбора конкретного ЖК-пикселя и зарядки для него информации об изображении. В отличие от S/H в общей электронике, здесь нет выходного операционного усилителя и электрического сигнала AO. Вместо этого заряд на удерживающих конденсаторах управляет деформацией молекул ЖК и, таким образом, оптическим эффектом в качестве его выхода. Изобретение этой концепции и ее реализация в тонкопленочной технологии были удостоены медали IEEE Jun-ichi Nishizawa Medal . [3]
Во время цикла сканирования изображение не следует за входным сигналом. Это не позволяет глазу обновляться и может привести к размытию во время последовательностей движения, также переход виден между кадрами, поскольку подсветка постоянно включена, что добавляет размытости движения на дисплее . [4] [5]
Схемы выборки и хранения также часто встречаются в синтезаторах , либо как дискретный модуль , либо как интегральный компонент. Они используются для получения периодических выборок входящего сигнала, как правило, в качестве источника модуляции для других компонентов синтезатора. Когда схема выборки и хранения подключается к генератору белого шума , результатом является последовательность случайных значений, которые — в зависимости от амплитуды модуляции — могут использоваться для обеспечения тонких изменений в сигнале или сильно меняющихся случайных тонов. [6]
Чтобы входное напряжение оставалось максимально стабильным, важно, чтобы конденсатор имел очень низкую утечку и не был нагружен в значительной степени, требующей очень высокого входного сопротивления .