標(biāo)題: 常用CMOS模擬開關(guān)引腳功能和工作原理 [打印本頁]

作者: 51黑科技    時(shí)間: 2016-2-4 01:55
標(biāo)題: 常用CMOS模擬開關(guān)引腳功能和工作原理
    開關(guān)在電路中起接通信號(hào)或斷開信號(hào)的作用。CMOS模擬開關(guān)是一種可控開關(guān),它不象繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場(chǎng)合,只適于處理幅度不超過其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號(hào)。
一、常用CMOS模擬開關(guān)引腳功能和工作原理
  1.四雙向模擬開關(guān)CD4066
  CD4066 每個(gè)封裝內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)立的模擬開關(guān),每個(gè)模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子,其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時(shí),開關(guān)導(dǎo)通;當(dāng)控制端加低電平時(shí)開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時(shí),導(dǎo)通電阻為幾十歐姆;模擬開關(guān)截止時(shí),呈現(xiàn)很高的阻抗,可以看成為開路。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào),可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為40MHz。各開關(guān)間的串?dāng)_很小,典型值為-50dB。
2.單八路模擬開關(guān)CD4051
CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān),開關(guān)接通哪一通道,由輸入的3位地址碼ABC來決定。其真值表見表1。“INH”是禁止端,當(dāng) “INH”=1時(shí),各通道均不接通。此外,CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE,以作為電平位移時(shí)使用,從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān),并使這種多路開關(guān)可傳輸峰-峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。例如,若模擬開關(guān)的供電電源VDD=+5V, VSS=0V,當(dāng)VEE=-5V時(shí),只要對(duì)此模擬開關(guān)施加0~5V的數(shù)字控制信號(hào),就可控制幅度范圍為-5V~+5V的模擬信號(hào)。
表1
輸入狀態(tài)
接通通道
INH
C
B
A
0
0
0
0
“0”
0
0
0
1
“1”
0
0
1
0
“2”
0
0
1
1
“3”
0
1
0
0
“4”
0
1
0
1
“5”
0
1
1
0
“6”
0
1
1
1
“7”
1



均不接通

  3.雙四路模擬開關(guān)CD4052
  CD4052的引腳功能見圖3。CD4052相當(dāng)于一個(gè)雙刀四擲開關(guān),具體接通哪一通道,由輸入地址碼AB來決定。其真值表見表2。
表2

  
輸入狀態(tài)
接通通道
INH
B
A
0
0
0
“0”X、“0”Y
0
0
1
“1”X、“1”Y
0
1
0
“2”X、“2”Y
0
1
1
“3”X、“3”Y
1


均不接通

  
  4.三組二路模擬開關(guān)CD4053
  CD4053的引腳功能見圖4。CD4053內(nèi)部含有3組單刀雙擲開關(guān),3組開關(guān)具體接通哪一通道,由輸入地址碼ABC來決定。其真值表見表3。
表3

  
輸入狀態(tài)
接通通道
INH
C
B
A
0
0
0
0
cX、bX、aX
0
0
0
1
cX、bX、aY
0
0
1
0
cX、bY、aX
0
0
1
1
cX、bY、aY
0
1
0
0
cY、bX、aX
0
1
0
1
cY、bX、aY
0
1
1
0
cY、bY、aX
0
1
1
1
cY、bY、aY
1



均不接通

  
  5.十六路模擬開關(guān)CD4067
  CD4067的引腳功能見圖5。CD4067相當(dāng)于一個(gè)單刀十六擲開關(guān),具體接通哪一通道,由輸入地址碼ABCD來決定。其真值表見表4。
表4

  
D
C
B
A
INH
接通通道
0
0
0
0
0
“0”
0
0
0
1
0
“1”
0
0
1
0
0
“2”
0
0
1
1
0
“3”
0
1
0
0
0
“4”
0
1
0
1
0
“5”
0
1
1
0
0
“6”
0
1
1
1
0
“7”
1
0
0
0
0
“8”
1
0
0
1
0
“9”
1
0
1
0
0
“10”
1
0
1
1
0
“11”
1
1
0
0
0
“12”
1
1
0
1
0
“13”
1
1
1
0
0
“14”
1
1
1
1
0
“15”




1
均不接通

二、典型應(yīng)用舉例
  1.單按鈕音量控制器
  單按鈕音量控制器電路見圖6。VMOS管VT1作為一個(gè)可變電阻并接在音響裝置的音量電位器輸出端與地之間。VT1的D極和S極之間的電阻隨VGS成反比變化,因此控制VGS就可實(shí)現(xiàn)對(duì)音量大小的控制。VT1的G極接有3個(gè)模擬開關(guān)S1~S3和一個(gè)100μF的電容,其中100μF電容起電壓保持作用。由于 VMOS管的G極和S極之間的電阻極高,故100μF電容上的電壓可長(zhǎng)時(shí)間基本保持不變。模擬開關(guān)S1為電容提供充電回路,當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí),電源通過S1給電容充電,電容上電壓不斷增高,使VT1導(dǎo)通電阻越來越小,使音量也越來越小。模擬開關(guān)S2為電容提供放電回路,當(dāng)S2導(dǎo)通時(shí),電容通過S2放電,電容上電壓不斷下降,使音量越來越大。模擬開關(guān)S3起開機(jī)音量復(fù)位作用,開機(jī)時(shí),電源在S3控制端產(chǎn)生一短暫的正脈沖,使S3導(dǎo)通,由于與S3連接的電阻較小,故使電容很快充到一定的電壓,使起始音量處于較小的狀態(tài)。F1~F6及其外圍元件組成長(zhǎng)短脈沖識(shí)別電路。靜態(tài)時(shí),F(xiàn)1、F2輸入為高電平,當(dāng)較長(zhǎng)時(shí)間按壓按鈕開關(guān)AN時(shí),F(xiàn)4輸出變高,經(jīng)100k電阻給3.3μF電容充電,當(dāng)充電電壓超過CMOS門轉(zhuǎn)換電壓時(shí),F(xiàn)5輸出由高變低,F(xiàn)6輸出由低變高,模擬開關(guān)S2導(dǎo)通,100μF電容放電,音量變大。與此同時(shí),F(xiàn)1輸出也變高,也給電容充電,但F1輸出的一次正跳變不足以使電容上電壓超過轉(zhuǎn)換電壓,故F2輸出仍為高電平,F(xiàn)3輸出低電平,模擬開關(guān)S1保持截止。當(dāng)連續(xù)按動(dòng)按鈕開關(guān)AN時(shí),F(xiàn)4輸出也不斷變化,輸出為高時(shí),給電容充電,而輸出變低時(shí),電容又很快通過二極管VD3放電,故電容上電壓總是達(dá)不到轉(zhuǎn)換電壓,因此F6輸出一直為低。而此時(shí)F1輸出連續(xù)高低變化,經(jīng)二極管整流不斷給電容充電,使 3.3μF電容上電壓迅速達(dá)到轉(zhuǎn)換電壓,F(xiàn)2輸出變低,F(xiàn)3輸出變高,模擬開關(guān)S1導(dǎo)通,給電容充電,音量變小。由此,利用一只按鈕開關(guān),實(shí)現(xiàn)了對(duì)音量的大小控制。
  2.四路視頻信號(hào)切換器
  四路視頻信號(hào)切換器電路見圖7�!芭c非”門YF3、YF4組成脈沖振蕩器,振蕩頻率由100k電位器調(diào)節(jié)。若嫌調(diào)節(jié)范圍不夠,可適當(dāng)更換0.47μF電容和100k電阻。脈沖振蕩器受YF1、YF2組成的雙穩(wěn)態(tài)電路的控制,按S1時(shí),YF1輸出低電平,脈沖振蕩器停振;按S2時(shí),YF1輸出高電平,脈沖振蕩器開始振蕩。脈沖振蕩器的輸出作為CD4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘,使Y0~Y3依次出現(xiàn)高電平,相應(yīng)的四個(gè)模擬開關(guān)依次導(dǎo)通,由Vi1~Vi4輸入的視頻信號(hào)被依次切換至輸出端,完成了四路視頻信號(hào)的切換。顯然,增加一片CD4066可做成八路視頻信號(hào)切換器,相應(yīng)地,由Y0~Y7進(jìn)行模擬開關(guān)控制,Y8連至Cr。依此類推,可做成更多路數(shù)的視頻信號(hào)切換器。而且,輸入、輸出也可以是其它形式的信號(hào)。如要求視頻、音頻信號(hào)同傳,則并接上相應(yīng)數(shù)量的模擬開關(guān)即可。
  3.數(shù)控電阻網(wǎng)絡(luò)
  圖8示出數(shù)字控制電阻網(wǎng)絡(luò)電阻值大小的電路。在圖8中,CD4066的四個(gè)獨(dú)立開關(guān)分別并接在四個(gè)串接電阻上,電阻的值是按二進(jìn)制位權(quán)關(guān)系選擇的。當(dāng)某個(gè)開關(guān)接通時(shí),并接在該開關(guān)上的電阻被短路,此處假設(shè)該電阻阻值RRON (RON為模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻);當(dāng)某個(gè)開關(guān)斷開時(shí),電阻兩端阻值仍保持原阻值不變,此處假設(shè)該電阻阻值RROFF(ROFF為模擬開關(guān)斷開時(shí)的電阻)。四個(gè)開關(guān)的控制端由四位二進(jìn)制數(shù)A、B、C、D控制,因此,在A、B、C、D端輸入不同的四位二進(jìn)制數(shù),可控制電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻變化,并從其上獲得 2~16種不同的電阻值。按圖8所給的電阻值,該電阻網(wǎng)絡(luò)所對(duì)應(yīng)的16種阻值列于表5中。
表5
輸入二進(jìn)制數(shù)
電阻值(MΩ)
D
C
B
A
0
0
0
0
3.75
0
0
0
1
3.50
0
0
1
0
3.25
0
0
1
1
3.00
0
1
0
0
2.75
0
1
0
1
2.50
0
1
1
0
2.25
0
1
1
1
2.00
0
0
0
0
1.75
1
0
0
1
1.50
1
0
1
0
1.25
1
0
1
1
1.00
1
1
0
0
0.75
1
1
0
1
0.50
1
1
1
0
0.25
1
1
1
1
4×RON≈2kΩ

    4.音量調(diào)節(jié)電路
  音量調(diào)節(jié)電路見圖9。音頻信號(hào)由Vi端輸入,經(jīng)分壓電阻R11和隔直電容加到由R1~R10構(gòu)成的加/減電阻網(wǎng)絡(luò)。CD40192為十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器,“與非”門YF3、YF4構(gòu)成低頻振蕩器,“與非”門YF1、YF2分別為加計(jì)數(shù)端CPU和減計(jì)數(shù)端CPD的計(jì)數(shù)閘門。
  當(dāng)D1端為高電平時(shí),閘門YF1開通,低頻脈沖經(jīng)YF1加到CD40192的CPU端,使其作加法計(jì)數(shù),輸出端Q0~Q3數(shù)據(jù)增大,使16路模擬開關(guān)的刀向低端轉(zhuǎn)換,順序接通R1~R10,接通的電阻增大,經(jīng)與R11分壓后,使輸出音頻信號(hào)Vo增大;當(dāng)D2端為高電平時(shí),閘門YF2開通,低頻脈沖經(jīng)YF2加到CD40192的CPD端,使其作減法計(jì)數(shù),輸出端Q0~Q3數(shù)據(jù)減小,使16路模擬開關(guān)的刀向高端轉(zhuǎn)換,順序接通R10~R1,接通的電阻減小,經(jīng)與R11分壓后,使輸出音頻信號(hào)Vo減小。





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