CMOS模拟开关(4066,4051-53)功能和原理

 常用CMOS模拟开关功能和原理（4066，4051-53）        开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器，当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时，继电器就吸合或释放，其触点接通或断开电路。CMOS模拟开关是一种可控开关，它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合，只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。 一、常用CMOS模拟开关引脚功能和工作原理   1.四双向模拟开关CD4066   CD4066的引脚功能如图1所示。每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。   2.单八路模拟开关CD4051   CD4051引脚功能见图2。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。其真值 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 见表1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。 表1 输入状态 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.双四路模拟开关CD4052   CD4052的引脚功能见图3。CD4052相当于一个双刀四掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码AB来决定。其真值表见表2。 表2 输入状态 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   4.三组二路模拟开关CD4053   CD4053的引脚功能见图4。CD4053内部含有3组单刀双掷开关，3组开关具体接通哪一通道，由输入地址码ABC来决定。其真值表见表3。 表3 输入状态 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   5.十六路模拟开关CD4067   CD4067的引脚功能见图5。CD4067相当于一个单刀十六掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码ABCD来决定。其真值表见表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、典型应用举例   1.单按钮音量控制器   单按钮音量控制器电路见图6。VMOS管VT1作为一个可变电阻并接在音响装置的音量电位器输出端与地之间。VT1的D极和S极之间的电阻随VGS成反比变化，因此控制VGS就可实现对音量大小的控制。VT1的G极接有3个模拟开关S1～S3和一个100μF的电容，其中100μF电容起电压保持作用。由于VMOS管的G极和S极之间的电阻极高，故100μF电容上的电压可长时间基本保持不变。模拟开关S1为电容提供充电回路，当S1导通时，电源通过S1给电容充电，电容上电压不断增高，使VT1导通电阻越来越小，使音量也越来越小。模拟开关S2为电容提供放电回路，当S2导通时，电容通过S2放电，电容上电压不断下降，使音量越来越大。模拟开关S3起开机音量复位作用，开机时，电源在S3控制端产生一短暂的正脉冲，使S3导通，由于与S3连接的电阻较小，故使电容很快充到一定的电压，使起始音量处于较小的状态。F1～F6及其外围元件组成长短脉冲识别电路。静态时，F1、F2输入为高电平，当较长时间按压按钮开关AN时，F4输出变高，经100k电阻给3.3μF电容充电，当充电电压超过CMOS门转换电压时，F5输出由高变低，F6输出由低变高，模拟开关S2导通，100μF电容放电，音量变大。与此同时，F1输出也变高，也给电容充电，但F1输出的一次正跳变不足以使电容上电压超过转换电压，故F2输出仍为高电平，F3输出低电平，模拟开关S1保持截止。当连续按动按钮开关AN时，F4输出也不断变化，输出为高时，给电容充电，而输出变低时，电容又很快通过二极管VD3放电，故电容上电压总是达不到转换电压，因此F6输出一直为低。而此时F1输出连续高低变化，经二极管整流不断给电容充电，使3.3μF电容上电压迅速达到转换电压，F2输出变低，F3输出变高，模拟开关S1导通，给电容充电，音量变小。由此，利用一只按钮开关，实现了对音量的大小控制。   2.四路视频信号切换器   四路视频信号切换器电路见图7。“与非”门YF3、YF4组成脉冲振荡器，振荡频率由100k电位器调节。若嫌调节范围不够，可适当更换0.47μF电容和100k电阻。脉冲振荡器受YF1、YF2组成的双稳态电路的控制，按S1时，YF1输出低电平，脉冲振荡器停振；按S2时，YF1输出高电平，脉冲振荡器开始振荡。脉冲振荡器的输出作为CD4017十进制计数器的时钟，使Y0～Y3依次出现高电平，相应的四个模拟开关依次导通，由Vi1～Vi4输入的视频信号被依次切换至输出端，完成了四路视频信号的切换。显然，增加一片CD4066可做成八路视频信号切换器，相应地，由Y0～Y7进行模拟开关控制，Y8连至Cr。依此类推，可做成更多路数的视频信号切换器。而且，输入、输出也可以是其它形式的信号。如要求视频、音频信号同传，则并接上相应数量的模拟开关即可。   3.数控电阻网络   图8示出数字控制电阻网络电阻值大小的电路。在图8中，CD4066的四个独立开关分别并接在四个串接电阻上，电阻的值是按二进制位权关系选择的。当某个开关接通时，并接在该开关上的电阻被短路，此处假设该电阻阻值R RON（RON为模拟开关的导通电阻）；当某个开关断开时，电阻两端阻值仍保持原阻值不变，此处假设该电阻阻值R ROFF（ROFF为模拟开关断开时的电阻）。四个开关的控制端由四位二进制数A、B、C、D控制，因此，在A、B、C、D端输入不同的四位二进制数，可控制电阻网络的电阻变化，并从其上获得2～16种不同的电阻值。按图8所给的电阻值，该电阻网络所对应的16种阻值列于表5中。 表5 输入二进制数 电阻值(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 出端Q0～Q3数据增大，使16路模拟开关的刀向低端转换，顺序接通R1～R10，接通的电阻增大，经与R11分压后，使输出音频信号Vo增大；当D2端为高电平时，闸门YF2开通，低频脉冲经YF2加到CD40192的CPD端，使其作减法计数，输出端Q0～Q3数据减小，使16路模拟开关的刀向高端转换，顺序接通R10～R1，接通的电阻减小，经与R11分压后，使输出音频信号Vo减小。   4.音量调节电路   音量调节电路见图9。音频信号由Vi端输入，经分压电阻R11和隔直电容加到由R1～R10构成的加／减电阻网络。CD40192为十进制加／减计数器，“与非”门YF3、YF4构成低频振荡器，“与非”门YF1、YF2分别为加计数端CPU和减计数端CPD的计数闸门。   当D1端为高电平时，闸门YF1开通，低频脉冲经YF1加到CD40192的CPU端，使其作加法计数，输出端Q0～Q3数据增大，使16路模拟开关的刀向低端转换，顺序接通R1～R10，接通的电阻增大，经与R11分压后，使输出音频信号Vo增大；当D2端为高电平时，闸门YF2开通，低频脉冲经YF2加到CD40192的CPD端，使其作减法计数，输出端Q0～Q3数据减小，使16路模拟开关的刀向高端转换，顺序接通R10～R1，接通的电阻减小，经与R11分压后，使输出音频信号Vo减小。  用固态继电器更加的不行！ 固态继电器对于小电流回路几乎没有关断作用。 发帖者IP:210.75.244.150 发表时间:2003年4月7日13:42:22 4051之类的模拟开关过模拟量不太精确，可考虑使用固态继电器 发帖者IP:211.91.211.35 发表时间:2003年4月7日13:21:47 常用CMOS模拟开关功能和原理（4066，4051-53）二 二、典型应用举例   1.单按钮音量控制器   单按钮音量控制器电路见图6。VMOS管VT1作为一个可变电阻并接在音响装置的音量电位器输出端与地之间。VT1的D极和S极之间的电阻随VGS成反比变化,因此控制 模拟开关介绍与应用 模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。模拟开关在电子设备中主要起接通信号或断开信号的作用。由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。 一、模拟开关的电路组成及工作原理         模拟开关电路由两个或非门、两个场效应管及一个非门组成，如图一所示。模拟开关的真值表见表一。  表一 Ｅ Ａ Ｂ 1 0 ０ 1 1 １ 0 0 高阻状态 0 1 高用状态 模拟开关的工作原理如下： 当选通端Ｅ和输人端Ａ同为1时，则S2端为０，Ｓ1端为１，这时ＶＴ1导通，ＶＴ2截止，输出端Ｂ输出为１，Ａ=Ｂ，相当于输入端和输出端接通。 当选通Ｅ为0时，而输人端Ａ为０时，则S2端为1，S1端为０，这时ＶＴ1截止，VT2导通，输出端Ｂ为０，Ａ＝Ｂ，也相当于输人端和输出端接通。 当选通端Ｅ为０时，这时ＶＴ1和ＶＴ2均为截止状态，电路输出呈高阻状态。 从上面的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 可以看出，只有当选通端Ｅ为高电平时，模拟开关才会被接通，此时可从Ａ向Ｂ传送信息；当输人端Ａ为低电平时，模拟开关关闭，停止传送信息。 二、常用的ＣＭＯＳ模拟开关集成电路 根据电路的特性和集成度的不同，ＭＯＳ模拟开关集成电路可分为很多种类。现将常用的模拟开关集成电路的型号、名称及特性列入表二中。 表二  常用的模拟开关 类别 型号 名称 特点 模拟开关 CD4066 四双向模拟开关 四组独立开关，双向传输 多路模拟开关 CD4051 8选1模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4052 双4选1模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4053 三路2组双向模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4067 单16通道模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4097 双8通道电路模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 CD4529 双四路或单八路模拟开关 电平位移，双向传输，地址选择 三、CD4066模拟开关集成电路的应用举例     CD4066是一种双向模拟开关，在集成电路内有４个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。每个开关有一个输人端和一个输出端，它们可以互换使用，还有一个选通端（又称控制端），当选通端为高电平时，开关导通；当选通端为低电平时，开关截止。使用时选通端是不允许悬空的。 下面介绍CD4066模拟开关的两个应用实例。     1．采样信号保持电路 采样信号保持电路如图二所示。      图二  采样信号保持电路 模拟信号Ｕi从运算放大器的同相输人端输人。当模拟开关控制端为高电平时，模拟开关导通，电容Ｃ被充电至Ｕi，这个过程叫做输人信号的采样。当采样结束时，使模拟开关控制端为低电平，模拟开关断开。由于模拟开关断开时的电阻高达100M以上，且运放Ａ2的输人阻抗也极高，故电容Ｃ上可以保持采样信号。 2．四路信号交替显示装置 一般的单线示波器只能显示一路连续信号，如果使用该装置，便能够用单线示波器同时显示出四路连续信号，在需要对不同信号的时间关系进行比较时，是十分方便的。 图三 四路信号交替显示装置电路图   图三是该装置的电路图，它采用CD4017计数器和振荡器组成四节拍电路，控制两个CD4066内的４对模拟开关，使其依次导通。在每一对模拟开关上，分别加有可调直流电平和一路输人信号，当模拟开关的选通端为高电平1时，模拟开关导通，直流电平和输人信号则经运算放大器反相求和后送到示波器的Ｙ轴输人端。由于四路信号对应不同的直流电平，所以在示波器上能将四路信号上下分开。虽然四对模拟开关是受计数器的Q0、Q1、Q2、Q3输出端控制的，它们依次一个个地导通或截止，但由于振荡器的振荡频率较高，使人眼感觉不到波形的闪烁。