Consta de una entrada y una salida y dispone de una entrada de control, S/H. Si S/H=1, el circuito se encuentra en muestreo, si S/H=0, entonces se encuentra en retención.

Cuando se encuentra en muestreo, la señal de salida sigue a la señal de entrada, si se encuentra en retención, la salida se mantiene igual al valor de la salida que tuviera al momento de cambiar de muestreo a retención.

Forma esquematica

Se puede decir que es una memoria analógica. En MUESTREO estámemorizando la señal de entrada, y en RETENCION la recuerda y la mantiene en el tiempo.

Su finalidad es mantener constante la señal que se quiere convertir con un convertidor A/D. Por tanto, en sistemas de adquisición de datos se colocaría justo delante del convertidor A/D.

Aveces la tecnología del convertidor no requiere del SAMPLE/HOLD, por contar con tecnología de integración, cuya salida es un promedio del valor de la señal de entrada durante ese intervalo de tiempo.

No siempre se coloca un SAMPLE/HOLD delante del convertidor. Depende del tiempo de conversión del convertidor y del tipo de señal, ya que existen señales rápidas (señales acústicas) y señales lentas en el tiempo (temperatura).

Por ejemplo, queremos saber el valor de varias señales en el mismo instante de tiempo, (por ejemplo, medidas en un terremoto), aunque después necesitemos más de tiempo en procesarlas. La configuracion es la siguiente:

Su estructura interna esta formada por un condensador, que almacena el voltaje existente y un interruptor.

Su funcionamiento sería:

1. Se cierra el interruptor (muestreo). Tenemos una resistencia RON muy pequeña, pero no cero, en lugar del interruptor, con lo cual la tensión en losextremos del condensador es prácticamente Vi.

2. Se abre el interruptor (retención) y a la salida tendremos el voltaje suministrado por elcondensador.

El tipo de condensador es importante si el proceso de muestreo es rápido, ya que la rapidez de carga del condensador dependerá de su constante de tiempo

t =RON x CH

Por tanto si t debe ser pequeña ==> CH también (10-30 pF para alta velocidad).

Los condensadores electrolíticos no son utilizados en estos circuitos debido a que suelen tener capacidades altas.

Pero, los condensadores de policarbonato, teflón o poliester, son recomendables debido a las bajas pérdidas que tienen.

El seguidor de voltaje a la salida hace que nuestro circuito tenga alta impedancia a la salida, asi evitamos que al conectarse a otro circuito, con impedancia de entrada Z, elcondensador se descargue.

A la entrada para conseguir que la impedancia de la fuente de entrada sea cero y así que la constante de tiempo sólo dependa de RON y CH

Haremos unos retoques, hay que añadirle, tanto a la entrada como a la salida, un seguidor de voltaje.

Este muestreo&retencion tiene la desventaja de que la velocidad de carga delcondensador disminuye exponencialmente según este se va cargando. Para aumentar esta velocidad de carga hay que pensar en algún procedimiento para que la velocidad permanezca constante.

Otro inconveniente es que al no ser realimentado el circuito, cualquier error que se produzca se acumula y aparece en salida. Por ejemplo el voltaje de offset. En cambio, con circuitos realimentados, este problema no ocurre.

Cuando el interruptor esta cerrado (modo muestreo), Vo= Vi ya que V+=V-=Vi. Funciona correctamente.

Pero cuando abrimos el interruptor (modo retension) el 1er amplificador queda en lazo abierto y tendrá una saturación positiva o negativa dependiendo del valor de Vi. Si la alimentación de polarización del amplificador esta en ±15 V en salida tendremos unos ±12 V ya que en saturación un amplificador presenta unos 2 o 3 V menos en salida independientemente de lo que tenga en entrada. Si por ejemplo esta es de 0.5 V, se tiene que en modo muestreo, la salida es 0.5 V. Si en ese momento se abre el interruptor y se pone en modo retension, la Vo se dispara a ±12 V. Si se pasa de nuevo a modo muestreo cerrando el interruptor, la entrada está en torno a 0.5 V pero la Vo esta a ±12 V y tiene que evolucionar hasta los 0.5 V.Esto toma un tiempo muy largo hasta que el amplificador se estabilice. Esto no significa mal funcionamiento pero sí tiempos muy largos.

Un modo de arreglar esto es poner tres interruptores.

• En modo de muestreo los interruptores están configurados para que quede el mismo circuito que antes. LA RON del SW3 no influye ya que va conectada al terminal inversor del OP1 y a SW2 que está abierto por lo que en ningún caso hay circulación de corriente.

• En modo de retension SW2 Cerrado para que haya realimentación en OP1 y sea unseguidor de voltaje. SW3 Abierto para aislar la salida de la entrada.

Los tres interruptores pueden ser controlados por la misma señal M/R que en el caso de SW2 llevará un inversor.

INTERRUPTORES MUESTRO RETENSION

Hasta ahora hemos visto el MUESTREO/RETENCION como un circuito ideal.

Para ver cuánto se aleja el circuito real de su comportamiento ideal, los fabricantes definen una serie de parámetros que nos dan una idea de esa desviación.

Primero veremos los principales problemas que presenta un MUESTREO/RETENCION real:

• Los interruptores,condensadores, etc., requieren de un tiempo para llevar a cabo su tarea. Para ello, nos deben indicar cuáles son los tiempos reales de funcionamiento del SAMPLE/HOLD en muestreo, retención y la precisión de carga del condensador.

• Conocer la magnitud de los errores en la salida y a qué son debidos. En el muestreo conocer la precisión del tiempo demuestreo y en retención conocer cómo varía, en el tiempo, la salida por la descarga del condensador y cómo a través de capacidades parásitas aparecen variaciones puntuales en la salida que siguen a la señal de entrada.

Veremos algunos de los parámetros característicos facilitados por los fabricantes:

MUESTREO:

• Vemos el valor de la entrada, que varía en el tiempo; su salida, que al principio es constante, por estar en RETENCION y cómo al pasar de retención a muestreo, la señal de salida evoluciona hacia el valor actual de la señal de entrada.

• 1 se ve que la respuesta, al pasar a muestreo, no es instantánea.

• 2 tenemos un cierto tiempo que toma en alcanzar el valor actual

• 3 se observa cómo el valor no se estabiliza al instante sino que necesita un cierto tiempo para ello.

Tiempo de adquisición tADQ:

Es el tiempo que transcurre desde que pasa de retención a muestreo, hastaque la salida alcanza a la entrada dentro de un margen de error establecido. Este tiempo será mayor cuanto mayor sea la precisión requerida. Para el MUESTREO/RETENCION SHC76 de Burr-Brown los tiempos de adquisición son:

Para ± 0,01% y 20 V tADQ= 3 µsPara ± 0,003% y 20 V tADQ= 6 µs

En donde los 20 V representa la máxima variación posible que permite elcircuito. Una vez aplicada la señal de control, la señal de salida tarda un tiempo en comenzar a responder (1) y después otro en llegar a valer lo mismo que la entrada (2). Pero una vez que alcanza el valor de entrada, la inercia hace que se pase y que durante un tiempo (3) esté oscilando hasta alcanzar definitivamente de forma estacionaria a la señal de entrada a la que sigue. Algunos fabricantes llaman tADQ al tiempo 1+2 ,otros a la suma de 1+2+3. Para saber a qué nos referimos hay que mirar la explicación del fabricante. en el caso del SHC76 se refiere a la suma de lostres tiempos.

En caso de que sólo se refiera a los dos primeros, al tercero se le da el nombre de tiempo de establecimiento o asentamiento en el modo de muestreo.

RETENSION:

Se tienen varias fuentes de error. Las tres principales son:

1. El tiempo que pasa desde que el interruptor analógico le damos la orden de abrirse hasta que lo hace.

2. Las variaciones que aparecen en la salida debido a las variaciones que se producen en la entrada aunque el interruptor esté abierto.

3. La pérdida de voltaje en el condensador a medida que pasa el tiempo y que hace que el voltaje en la salida se vaya perdiendo.

Vamos a estudiar el significado y el rango de valores de cada uno de estos errores.

1. Se llama tiempo de apertura tA al tiempo que transcurre desde que pasa de modo muestreo a modo retención hasta que la señal de salida deja de seguir a la entrada.

Se mide desde el 50% del cambio de la señal de control hasta el instante en que lasalida deja de seguir a la entrada.

Para el SHC76 este tiempo de apertura es de 30 ns lo que demuestra que hay un dominancia clara del tiempo de adquisición sobre el tiempo de apertura.

En resumen vemos que el circuito tiene utilidad para adquirir la señal de entrada y permitir que se haga la conversión mediante el A / D.

• Tiene una entrada y una salida y una señal de controlque pasa de modo muestreo a modo retención.

• De todos los parámetros debidos a fuentes de error, sólo hay que tener en cuenta siempre el tiempo de adquisición y de apertura.

• Los demás parámetros habrá que considerarlos o no dependiendo dela aplicación.