Мультиплексоры, коммутаторы, электронные ключи

February 15, 2011 by admin Комментировать »

Современные коммутаторы сегодня — это микросхемы с разной степенью интеграции элементов, обеспечивающие управление электрическими сигналами. Название этих устройств происходит от слова «коммутировать», что означает включать- выключать. Простейшими коммутаторами можно назвать электромагнитные реле.

Однако они имели и имеют массу недостатков, являются источником индуктивных помех, небезопасных для современных электронных компонентов. Прогресс шел вперед, и в дальнейшем были разработаны коммутаторы на основе полупроводников. Эти устройства обладали несомненными преимуществами перед громоздкими и неэкономичными электромагнитными реле, но наряду с положительными качествами они имели несомненные недостатки. Их управляющая и коммутируемая цепи являются электрически связанными и влияют друг на друга, то есть имеется обратная связь. С появлением современной вычислительной техники, высокоинтегрированных микросхем, чувствительным к сигналам малых амплитуд напряжения и токов, потребовался электронный прибор, сочетающий в себе оптимальные свойства реле и лучшие качества транзисторных схем. Было создано новое поколение оптоэлектронных коммутаторов, включающих в себя оптрон с чувствительным входом, то есть излучатель, фотоприемник и усилитель. Преимущество нового прибора оказалось очевидным — полная гальваническая развязка входной (управляющей) и выходной (коммутируемой) цепей. Связь излучателя с фотоприемником осуществляется посредством световых сигналов, при передаче световых импульсов электрические заряды не являются переносчиками информации. Тем самым отсутствует обратная связь — какие бы процессы не происходили в коммутируемой цепи нагрузки, они не влияют на цепь управления и косвенно защищают ее.

Кроме оптоэлектронных и индукционных коммутаторов сегодня среди радиолюбителей популярны коммутаторы на транзисторных схемах (полевых и биполярных), «спрятанных» в корпус микросхемы. Наиболее популярны, безусловно, коммутаторы на основе МОП-транзисторов — они отличаются чрезвычайно низким потреблением тока (единицы микроампер), стабильно работают в широком диапазоне напряжений питания и помехозащи- щены. Это электронные ключи. Промышленностью выпускаются также микросхемы для коммутации аналоговых сигналов (их удобно применять в соответствующей аудио- и видеоаппаратуре с двуполярным напряжением питания).

Кроме них, в этом сообществе коммутаторов выделяется группа приборов, называемых мультиплексорами. Они могут управлять несколькими цепями сигналов в зависимости от цифрового кода на входах управления. Различают мультиплексоры аналоговых и цифровых сигналов.

О принципах действия коммутаторов-микросхем различных серий рассказывается в этом приложении и таблице. В справочном материале, приводимом здесь, подобраны наиболее популярные и функциональные отечественные микросхемы, доступные для всех радиолюбителей. Подборка материала призвана оказать практическую помощь радиолюбителям-конструкторам РЭА и всем заинтересованным радиолюбителям. Надо заметить, что в низковольтных схемах коммутаторы работают стабильно и надежно часто в круглосуточном режиме много лет подряд. Автор не приводит в своей статье обширных справочных данных для рассматриваемых микросхем, полагая, что при необходимости с такой информацией можно легко ознакомиться в соответствующих справочных изданиях. Эта подборка для относительно опытных радиолюбителей, знакомых с принципами действия коммутаторов, ключей и мультиплексоров и конструирующих на их основе различные электронные устройства.

Микросхемы на биполярных транзисторах

Микросхемы серий К101КТ1, К124КТ1. Источник питания с последовательно соединенной нагрузкой подключается к выходной цепи. Сигналы управления подаются на два входа (выводы 2 и 5). Общий вывод — 7, вывод питания — 3.

Рис. п2.1. Цоколевка прерывателей, коммутаторов, переключателей, мультиплексоров и оптоэлектронных реле

К119КП1 — транзисторный ключ с управлением по входу 12. Нагрузка подключается к выходному выводу 8. Параметры управляющих сигналов указаны в таблице. Общий вывод 3 и 4 (объединить), вывод питания — 11.

Микросхемы серии К149КТ1 работают в режиме токового ключа по принципу резисторно-транзисторной логики. Четыре транзисторных ключа с биполярными транзисторами, управляемые по входам 1, 2, 3, 4, коммутируют устройства нагрузки, подключаемые к соответствующим выходам Q (выводы 2, 5, 10, 13). Общий вывод 14, отдельного напряжение питания подавать не нужно.

Рис. п2.2. Цоколевка прерывателей, коммутаторов, переключателей, мультиплексоров и оптоэлектронных реле

Приборы К162КТ1 — одноканальные коммутаторы на биполярных транзисторах. Источник питания с последовательно соединенной нагрузкой подключаются к выводам 1, 7. Входные выводы 10 и 12 являются управляющими.

Современные микросхемы на элементах КМОП

Микросхема К108КТ1 реализована на полевых транзисторах. Их истоки объединены, а стоки свободны, образуя таким образом, шесть каналов. Выходные сигналы снимаются со стоков этих транзисторов (выходы Q1—Q6). Управляющими входами (выводы 1, 2, 3, 4, 5, 6) служат затворы соответствующих транзисторов. Микросхема представляет собой шестиканальный независимый по входной цепи ключ с общим питанием. Общий — 1, вывод питания — 8.

Микросхемы К547КП1 изготовлены по МОП-технологии на полевых транзисторах. Реализовано четыре переключающих

Рис. п2.3.

Цоколевка прерывателей, коммутаторов, переключателей, мультиплексоров и оптоэлектронных реле

канала с одним входом управления и двумя выходами для подключения источника питания и нагрузки. Максимальный постоянный ток через нагрузку имеет ограничение в 20 мА.

Серия микросхем К590КН — однотипная. Они изготовлены по МОП-технологии и различаются по допустимому напряжению питания и функциональным задачам. КН1, КН6 — аналоговые ключи, коммутирующие сигналы из восьми каналов (входы D1—D8) в одну линию Q (вывод 10). У этих микросхем имеются три управляющих цифровых входа, с помощью которых производится выборка каналов, и один вход разрешения коммутации Р. Общий вывод 7. Выводы для подключения питания 8 (-15 В) и 16 (+5 В).

Модификации КН2, КН5, КН10, КН13 используются аналогично. В них четыре входных канала (D1—D4) коммутируются на четыре выходные линии (01—04). Управление коммутацией осуществляется с помощью сигналов, подаваемых на логические входы Л1—Л4. Питание микросхем осуществляется так: +12 В — 8 вывод, -12 В — 16 вывод. Общий вывод — 7.

КНЗ имеют две группы каналов на четыре входа каждая. Они могут коммутироваться, соответственно, к двум выходным линиям 01 и Q2. Управляют переключением логическими сигналами, подаваемыми на входы Л1 и Л2, при условии, что на входе разрешения Р присутствует высокий логический уровень. Общий вывод 15. Напряжение питания подается, соответственно, на выводы 14 и 3.

КН4 предназначены для коммутации аналоговых сигналов по четырем каналам. Двумя первыми каналами, из которых 1D1 — 1Q1 нормально разомкнут, а линия 1D2 — 1Q2 нормально замкнута, управляет логический сигнал Л1. А второй группой каналов (2D1 — 201 нормально замкнут, 2D2 — 2Q2 нормально разомкнут) управляет логический сигнал, поступающий на вход Л2. Управляющий цифровой сигнал меняет состояние проводимости каналов на противоположное. Общий вывод 13, напряжение питания подается, соответственно, на выводы 11 и 14.

Микросхемы 168КТ2А—В предназначены для коммутации аналоговых сигналов и состоят из четырех независимых каналов. Управляющие выводы 2, 6, 9, 13 подключены к затворам МОП-транзисторов. К независимым друг от друга цепям коммутации 1, 3, 5, 7, 8, 10, 12, 14 подключается источник питания и нагрузка. Управление осуществляется подачей импульсов отрицательной полярности на входы. Общей шины нет. Вывод для подключения питания — 11.

Серия микросхем К190 прекрасно зарекомендовала себя в качестве многоканальных коммутаторов аналоговых сигналов. (Коммутация аналоговых сигналов в некоторых случаях позволяет коммутировать и цифровые импульсы МОП-уровня.) КТ1 имеет пять каналов, связанных между собой одной шиной, она же является общим выводом микросхемы (вывод 6). К нему же подключены выводы стоков всех транзисторов. Внешние нагрузки подключаются последовательно с источником питания к выходам соответствующих каналов (выводы 2, 4, 8, 10, 12). Управляющие выводы 1, 3, 7, 9, 11 внутри микросхемы подключены к затворам коммутирующих транзисторов. Это самая простая по функциональности микросхема — аналоговый ключ.

Четырехканальные коммутаторы КТ2 связаны стоковыми выводами полевых транзисторов попарно. Первый и второй канал имеют общий вывод — 6, третий и четвертый — 9 вывод. Внешняя нагрузка и источник питания последовательно подключены к выходам каналов (выводы 4, 7, 8, 10). Управляющие сигналы соответствующего канала подаются на выводы 3, 2, 1, 12.

Микросхема К561КТЗ — четырехканальный коммутатор. Эквивалентная схема ключа — однополюсная, рассчитанная только на замыкание электронного контакта. На управляющие входы следует подавать положительный сигнал амплитудой более 3 В (при ипит = 5 В). Такие коммутаторы можно применять в таких аналоговых узлах, как переключатели-мультиплексоры, схемы выборки сигнала, прерыватели-модуляторы для операционных усилителей, коммутационные ключи, модуляторы-демодуляторы. Можно применять коммутаторы для нестандартных схем ЦАП-АЦП, а также схем цифрового управления частотой, фазой, коэффициентом усиления сигнала. Удобно с помощью таких элементов делать «врезки» одних сигналов в другие. Проще, вероятно, перечислить узлы, в которых невозможно применять такие схемы — их можно счесть по пальцам.

Микросхемы К561КП1 и КП2 — демультиплексоры, содержащие восемь каналов коммутации цифровых или аналоговых сигналов. Микросхема К561КП2 имеет восемь входов и один выход. В микросхеме КП1 те же восемь каналов образуют четырехканальный дифференциальный коммутатор. Питание подается на вывод 16, общий провод — вывод 8. Минус источника питания подключается также к выводу 7. Для восьмиканального варианта нужен трехразрядный код управления (А, В, С). Для четырех каналов достаточно двух разрядов управляющих сигналов — А и В. Если на входе разрешения Е высокий логический уровень — все каналы разомкнуты, микросхема заблокирована.

Сопротивление включенного канала при 11пит = 5 В составляет 0,5…2 кОм. Время задержки распространения не превышает 30 не. SG1 КП1 и КП2 можно подключать к одному источнику питания +15 В. Если это напряжение поделить на два 7,5 В + 7,5 В = 15 В и подключить среднюю точку к выводу 8, а

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты