实验二采样保持电路检测

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采样—保持电路采样一保持（S/H）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并根据需要保持并输出所采集的电压数值的功能。

S/H电路广泛应用于多路快速数据检测系统。

一、采样—保持电路基本工作原理及性能1、S/H电路基本工作原理S/H电路的原理电路、电路符号及波形如图所示。

S/H电路的原理电路、电路符号及波形电路中，SW为模拟电子开关,其状态由逻辑控制信号vc控制。

CH为保持电容，其两端电压即为S/H电路输出电压vo.当控制信号vc为高电平“1”时，模拟电子开关SW闭合S/H电路进入采样状态，输入信号vs（t)迅速对CH充电,vo(t)精确地跟踪输入信号；当vc为低电平“0”时，SW断开CH立即停止充电S/H电路进入保持状态，vo(t)保持SW断开瞬间的输入信号电压值不变。

理想采样一保持特性如图(c)所示，其数学表达式为式中，to为逻辑控制信号vc从“1”变为“0"的时间。

实际的采样一保持电路,常需设置缓冲级把模拟开关SW,保持电容CH与信号源及负载隔离开,以提高采样一保持电路的性能.2、S/H电路性能指标S/H电路的主要性能指标有采样时间、断开时间;采样精度、保持精度等.(1)采样时间和断开时间S/H电路由保持状态变为采样状态,或由采样状态变为保持状态并不是瞬间完成,需要一定的时间。

从发出采样指令开始到输出信号达到所规定的误差范围内的数值为止，所需的时间称为采样时间（又称捕捉时间）,一般为0.1～10μs数量级。

采样/保持器实验
一．实验目的
1. 了解判断采样/保持控制系统稳定性的充要条件。

2．了解采样周期T对系统的稳定性的影响。

3．掌握控制系统处于临界稳定状态时的采样周期T的计算。

4．观察和分析采样/保持控制系统在不同采样周期T时的瞬态响应曲线。

二．实验报告要求：
实验截图如下：
T=10ms:
T=30ms:
T=50ms:
计算和观察被测对象的临界稳定的采样周期T，填入实验报告。

积分常数Ti 惯性常数T 增益K 临界稳定的采样周期T 计算值测量值
0.1 0.1 2 0.2 2 0.5 5
0.2 0.1 2 0.2 2 0.5 5
三．实验心得
通过上次采样实验，大致掌握了本次的实验步骤，明确了具体的操作，所以试验进行的比较顺利，实验结果也比较好。

只是一定要细心地计算出实验结果。

电子科技大学实验报告学生姓名：学号:指导老师：日期：2016年 12月 10日一、实验室名称： 连续信号的采样和恢复 二、实验项目名称：实验项目四：连续信号的采样和恢复 三、实验原理：实际采样和恢复系统如图3.4-1所示。

可以证明，奈奎斯特采样定理仍然成立。

⊗)x t )(t P T )图3.4-1 实际采样和恢复系统采样脉冲：其中，T s πω2=，2/)2/sin(τωτωτs s kk k T a =，T <<τ。

采样后的信号：∑∞-∞=-=−→←k s S FS k j X T j X t x )((1)()(ωωω当采样频率大于信号最高频率两倍，可以用低通滤波器)(ωj H r 由采样后的()()2()FT T ksk p t P j a k ωπδωω+∞=-∞←−→=-∑信号)(t x S 恢复原始信号)(t x 。

目的：1、使学生通过采样保持电路理解采样原理。

2、使学生理解采样信号的恢复。

任务：记录观察到的波形与频谱；从理论上分析实验中信号的采样保持与恢复的波形与频谱，并与观察结果比较。

四、实验内容实验内容（一）、采样定理验证实验内容（二）、采样产生频谱交迭的验证五、项目需用仪器设备名称：数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤波器模块U11和U22、采样保持器模块U43、PC 机端信号与系统实验软件、＋5V 电源六、实验步骤：打开PC 机端软件SSP.EXE ，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验六”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。

实验内容（一）、采样定理验证 实验步骤：1、连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”，如图3.4-2所示。

图3.4-2 观察原始信号的连线示意图2、信号选择：按“3”选择“正弦波”，再按“＋”或“－”设置正弦波频率为“2.6kHz ”。

按“F4”键把采样脉冲设为10kHz 。

七、实验数据及结果分析：八、九．实验结论：1．当采样频率大于信号最高频率两倍，可以用低通滤波器将由采样后的信号恢复到原始信号。

采样保持电路设计与制作报告内容：1、设计目标：设计总的采样保持电路，对输入信息进行采样。

2、设计方案及电路：（1）设计正弦波信号发生电路；给出理论频率。

设计了正弦信号作为输入信号，其电路图如下： 其理论频率为：Hz 5.32110×0.033×15×3.1416×21πRC 21f 3-1=== 仿真波形如下图（2）设计方波信号发生电路；给出理论频率。

本实验方波采用了在正弦波的基础上加上个过零比较器来产生，其设计的电路图如下：频率的计算同以上：Hz 3.338610×47000×3.1416×21πRC 21f 9-2===仿真的波形如下图：（3）设计总的采样保持电路。

总的采样保持电路如下，仿真的波形如上：（S开关所用的CD4051芯片在仿真中用场效应管代替）另外需提供：示波器1台、直流电源±12V。

4、制作采样保持电路的实物照片5、制作结果：给出示波器显示的结果（照片）和频率； 正弦波：实验所得到的正弦波频率Hz 67.359f ’1=（理论计算Hz 5.321f 1=） 方波频率Hz 86.3301f ’2=（理论计算Hz 3.3386f 2=） 实验产生的误差可能是：电阻和电容的数值与理论值存在差距；导线连接时接触问题等；方波：采样保持及方波：6、心得体会。

本次实验总的进程比较顺利，没有损坏任何实验器件，这主要是得益于模拟软件的仿真。

首先在模拟软件上设置正弦波和方波，通过调整不同的阻值和电容值来实现对电路频率的控制，模拟出比较理想的波形之后，再进行实物的连接，这样既能方便的调整电路，大大减少实验时间，又能最大程度的避免实验时对器件的损坏。

通过本次实验，我认识到一个小小的道理：做实验时一定要细心，仔细连接和检查电路，才能顺利地取得成功，欲速则不达！。

流水线ADC中采样保持电路的研究与设计的开题报告一、选题背景及意义随着电子技术的不断发展，高精度、高速度的ADC（模数转换器）在现代工业控制、通信、医疗等领域得到了广泛的应用。

其中，流水线ADC作为一种高速的ADC，由于其高速率和低功率消耗的特点，已成为各个领域的首选。

流水线ADC中采样保持电路是其中的关键电路之一，其作用是将模拟输入信号样本保持在一段时间内，以便进行后续的快速A/D转换。

采样保持电路设计的好坏不仅直接影响流水线ADC的转换精度和速度，还会对整个系统的功耗、噪声等方面产生重要的影响，因此本研究的意义在于对采样保持电路进行深入研究，提高采样保持电路的性能，从而推动流水线ADC的高速、高精度发展。

二、研究内容及方法本研究将通过对采样保持电路的基本原理和特点进行详细研究，并基于此设计出一种性能更加优异的采样保持电路。

具体实施步骤如下：1. 详细阐述采样保持电路的基本原理和特点，包括采样保持时间、保持电容、限幅电路等方面。

2. 分析目前常用的采样保持电路中存在的问题，如不准确的采样时间、噪声、非线性等，发掘其产生的原因。

3. 提出改进方案，包括采用更精确的采样信号、优化采样保持时间、增加抗噪声能力等；并对方案的可行性进行实验验证。

4. 综合评估改进后的采样保持电路的性能指标，包括采样精度、噪声、响应时间、功耗等，与不同型号的流水线ADC进行对比，并对实验结果进行分析和总结。

本研究所采用的方法主要是文献综述和实验研究，通过对相关文献的深入研究和实验验证，提出采样保持电路的改进方案，并验证其可行性和效果。

三、预期成果及意义本研究的预期成果包括：1. 对流水线ADC中采样保持电路的特点进行了深入研究，提出了改进方案。

2. 实现了改进后的采样保持电路，并与常见的流水线ADC进行对比验证，验证了改进方案的可行性和有效性。

3. 综合分析了改进后的采样保持电路的性能指标，包括采样精度、噪声、响应时间、功耗等方面，并对实验结果进行了分析和总结。

电工电子（2）三级项目采样保持电路年级；13级机电姓名：萧裕辉学号：2013124081 指导老师：吴福培1、电路方案设计1、设计方案及电路：(1)正弦波信号发生电路仿真结果：1.015kHz实验实际频率：123Hz(2)方波信号发生电路理论频率：1kHz仿真结果:1.01kHzg（3）设计总的采样保持电路。

2、元件参数计算及选择依据本来的电路是按照峰峰值3V，还有规定的频率段设计。

后来在助教老师要求下调整，要求方波频率是正弦波的十倍左右，改变了很多dian阻R、电容C，X批次较晚，实验材料都烧得七七八八，没有进行实验元件规格数目电阻各种组合电容稳压二极管 2芯片 lm324 2导线面包版 13、软件仿真仿真方波（1.01KHz）：仿真正弦波（101.48Hz）：仿真采样：4、观察所得误差分析误差来源：（1）仿真元件参数与标示值存在一定误差；（2）温度，连接通电发热，可能会使电阻温度升高导致其实际参数发生变化；（3）电压电流等对运算放大器的放大倍数有影响；（4）串并联组合使用的大量电阻，会比原来一块的电阻有更大误差。

5、心得体会。

（1）项目前的准备很重要，对采样电路的链接方法，运算放大器和电子开关的引脚图有一定的知识了解。

（2）细心和小心，我在去请教师兄仿真过程，看见部分同学使用电阻、电容等元件时动作比较粗鲁，导致元件的损坏量不断增多，用过或者选过不合适的元件随手就丢一个盒子里，没有归类放回，给后面做实验的同学留下很大的麻烦。

（3）理论和实践的差距很大。

以前学电子电工课程，都没有像这个三级项目一样学到如此多实际有用的东西。

比如面包板、电容、电阻和芯片，在项目以前都只是在书本上了解，实际上根本不知道是什么东西。

三级项目的到来，迫使我们更加进一步去学习和使用，有了更深入的了解。

微分与平滑仿真实验一．实验目的1．数/模转换器得零阶保持器作用零阶保持器：zero-order holder（ZOH）。

实现采样点之间插值的元件，基于时域外推原理，把采样信号转换成连续信号。

零阶保持器的作用是在信号传递过程中，把第nT时刻的采样信号值一直保持到第(n+1)T时刻的前一瞬时，把第(n+1)T时刻的采样值一直保持到(n+2)T时刻，依次类推，从而把一个脉冲序列变成一个连续的阶梯信号。

因为在每一个采样区间内连续的阶梯信号的值均为常值，亦即其一阶导数为零，故称为零阶保持器。

零阶保持器的传递函数为：2．零阶保持器在控制系统中的作用零阶保持器的作用是使采样信号e*(t) 每一采样瞬时的值e(kT) 一直保持到下一个采样瞬时e[(k+1)T]，从而使采样信号变成阶梯信号eh(t)。

二．实验原理如下图，控制系统中，给输入阶跃信号，有函数：plot(y.time,y.signals.values,x.time,x.signals.values)可以画出其输入输出波形图1-1如下所示。

图1-1仿真原理图三．仿真过程图1-2 采样周期T-10MS时系统的输入输出波形图1-3 采样周期T-20MS时系统的输入输出波形图1-4 采样周期T-30MS时系统的输入输出波形图1-5 采样周期T-40MS时系统的输入输出波形四．思考与总结1.在微机控制系统中采样周期T的选择因注意哪些方面？采样定理只是作为控制系统确定采样周期的理论指导原则，若将采样定理直接用于计算机控制系统中还存在一些问题。

主要因为模拟系统f（t）的最高角频率不好确定，所以采样定理在计算机控制系统中的应用还不能从理论上得出确定各种类型系统采样周期的统一公式。

目前应用都是根据设计者的实践与经验公式，由系统实际运行实验最后确定。

显然，采样周期取最小值，复现精度就越高，也就是说“越真”。

当T 0时，则计算机控制系统就变成连续控制系统了。

若采样周期太长。

采样保持电路设计与制作一、项目目的：1、设计正弦波信号发生电路；给出理论频率。

2、设计方波信号发生电路；给出理论频率。

3、设计总的采样保持电路。

4、按自己设计的电路图制作采样保持电路，测出设计结果通过示波器显示。

二、项目内容：1、设计方案及电路：(1)正弦波信号发生电路理论频率：150Hz仿真结果：148.35Hz实验实际频率：123Hz(2)方波信号发生电路理论频率：1kHz仿真结果:1.043kHz实验实际频率：756Hz（3）设计总的采样保持电路。

2、制作电路所需的元件列表；3、制作采样保持电路的实物照片仿真方波（1.047KHz）：仿真正弦波（149.48Hz）：仿真采样：4、制作结果：给出示波器显示的结果（照片）和频率；示波器采样波形：实验结果与误差分析:误差来源：（1）：元件参数与实际值存在一定误差，比如电阻电容等有5%的设计误差；（2）：温度的影响，实验时反复连接电源进行调试，可能会使电阻温度升高导致其实际参数发生变化；（3）：所提供的电源电压电流等对运算放大器的放大倍数有一定影响；（4）：人为操作原因，由于很难找到合适的电阻，采用串并联的方式构造所需要的电阻其实际阻值也会有误差。

6、心得体会。

（1）：预习准备很重要如果没有提前查找资料了解各种元件的参数含义，根本无法得到和仿真接近的结果。

比如所提供的电容有多个容值大小，105电容的大小就是102的1000倍，不了解这些的话很容易犯错误。

还有运算放大器和电子开关的引脚图也需要提前了解。

（2）：细心在连接电路时，要非常仔细而且每次连接电源调试时都要再次检查一下电路，否则一旦很小的错误，或者甚至是电阻的引脚相互接触，都有可能导致最严重的后果——烧毁芯片。

（3）：理论和实际操作有很大距离以前学过的和电子电工有关的课程，都没有像这个仿真项目一样可以学到如此多实际有用的东西。

比如面包板、电容、电阻和芯片的相关情况以前都只是在书本上了解，现在实际操作才懂得如何应用，感觉仅仅靠学过的知识还是不够。

一、实验目的1. 理解抽样定理的基本概念和原理。

2. 通过实验验证抽样定理的正确性。

3. 掌握模拟信号数字化过程中采样、保持、量化和编码等步骤。

4. 提高信号处理和数字信号处理的基本技能。

二、实验原理抽样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）指出，如果一个信号的最高频率分量为\( f_m \)，那么为了无失真地恢复原信号，采样频率必须大于\( 2f_m \)。

本实验通过硬件设备模拟模拟信号数字化过程，验证抽样定理的正确性。

三、实验设备1. 模拟信号发生器2. 采样保持电路3. 数字信号发生器4. 示波器5. 计算机及信号处理软件四、实验步骤1. 设置模拟信号发生器，产生一个频率为\( f_m \)的模拟信号。

2. 将模拟信号输入采样保持电路，设置采样频率为\( 2f_m \)。

3. 将采样后的数字信号输入数字信号发生器，将数字信号转换为模拟信号。

4. 将转换后的模拟信号输入示波器，观察输出波形。

5. 记录实验数据，分析实验结果。

五、实验结果与分析1. 实验结果（1）当采样频率为\( 2f_m \)时，示波器显示的输出波形与输入模拟信号基本一致，证明了抽样定理的正确性。

（2）当采样频率低于\( 2f_m \)时，示波器显示的输出波形出现失真，证明了抽样定理的重要性。

2. 分析（1）实验结果表明，抽样定理在模拟信号数字化过程中具有重要意义。

只有满足抽样定理的要求，才能保证信号的无失真恢复。

（2）实验过程中，采样保持电路和数字信号发生器的性能对实验结果有很大影响。

因此，在实际应用中，应选择性能优良的硬件设备。

（3）通过本实验，加深了对信号处理和数字信号处理基本原理的理解，提高了实际操作技能。

六、实验总结1. 通过本实验，验证了抽样定理的正确性，加深了对信号处理和数字信号处理基本原理的理解。

2. 掌握了模拟信号数字化过程中采样、保持、量化和编码等步骤。

3. 提高了信号处理和数字信号处理的基本技能。