Материал данной главы основан на статье, подготовленной для семинара по применению ИМС, проводимого редакцией журнала Electronic Products Magazine.

Глава девятая

ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ КЛЮЧЕЙ

Аналоговые ключи выполняют те же функции, что и контактные реле. Их можно уподобить электромеханическим реле, обеспечивающим дистанционное управление и содержащим контактные группы на одно или два направления. Однако интегральные аналоговые ключи по сравнению с их механическими прототипами обеспечивают большее быстродействие, имеют меньшие габариты, обладают более высокой надежностью и могут быть использованы во многих случаях, когда применение электромеханических реле не представляется возможным. Аналоговые ключи имеют низкую стоимость (для некоторых типов ключей, работающих в промышленном диапазоне температур, - менее одного доллара на коммутируемую цепь) и, самое важное, просты в обращении.

Несмотря на все преимущества, которые обеспечивают аналоговые ключи, многие разработчики неохотно используют их в своих конструкциях. Это, возможно, обусловлено печальным опытом, приобретенным ими ранее при разработке своих собственных схем управления ключами на полевых транзисторах.

Трудно гарантировать, что полевой транзистор будет действительно закрыт, когда предполагается, что он закрыт, и что он действительно будет открыт, когда предполагается, что он открыт. Эта проблема возникает при работе с аналоговыми сигналами ±10 В.

При наличии ключа, объединенного в одном корпусе со схемой управления, отпала необходимость в индивидуальной разработке схем, которая раньше требовалась от пользователя. Логические уровни управляющих сигналов соответствуют уровню ТТЛ, а все цепи, необходимые для обеспечения правильной работы ключа на полевом или МОП-транзисторе, содержатся внутри ИМС.

9.1. РАБОТА СХЕМЫ

Для использования ИМС не требуется подробно знать конструкцию чипа (кристалла) схемы управления, однако некоторое представление о работе схемы полезно

для правильного выбора ИМС для данного применения.

В настоящее время имеется два типа схем, использующих полевые транзисторы с р-п переходом. Более простой из них подходит для тех применений, где ключи подключаются к суммирующей точке (потенциально заземленный вход операционного усилителя), как показано на рис. 9.1. Для тех применений, где к полевому транзи-

Рис. 9.1. Схема коммутации суммирующей точки ОУ.

Рис. 9.2. Схема, в которой к коммутирующему ключу приложен полный перепад аналоговых- сигналов.

стору прикладывается полный перепад аналогового сигнала, как, например, в схеме на рис. 9.2, используется более универсальная схема управления.

9.2. ПРОСТАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Если сигналы коммутируются в потенциально заземленной точке, то для управления полевым транзистором с р-п переходом нет необходимости применять сложные схемы смещения уровня. Законченная схема аналогового ключа может содержать лишь специально выбранный полевой транзистор и диод, как показано на рис. 9.3.

Такие схемы при всей своей простоте обладают, к сожалению, двумя существенными недостатками. Этот ключ не может коммутировать аналоговые сигналы большой амплитуды на неинвертирующем входе усилителя. Кроме того, р-канальный полевой транзистор, имеющий напряжение отсечки ниже 4 В (что необходимо для данного применения), обычно имеет высокое сопротивление в открытом состоянии. Например, четырехка-нальный мультиплексор /Я5010 фирмы Intersil управляется от 5-вольтовой ТТЛ-логики, но имеет сопротивление открытого ключа до 150 Ом.

Основная часть погрешности, обусловленной конечным сопротивлением ключа, может быть скомпенсирована путем включения идентичного ключа последовательно с резистором обратной связи, как показано на рис. 9.4. Для упрощения введения этой компенсации в корпусе /Я5010 имеется дополнительный полевой транзистор.

Пиатго-1ый Вход

ход 3 5В о

т

Рис. 9.3. Схема аналогового ключа, содержащая полевой транзистор и диод.

Рис. 9.4. Компенсация погрещ-ности, вызванной конечным сопротивлением ключа в схеме на рис. 9.3.

Гарантируется, что г^ этого транзистора отличается от / си отер транзистора ключа, расположенного в том же корпусе, не более чем на 50 Ом. Таким образом, сопротивление, обусловливающее вносимую ключом погрешность, может быть уменьшено в 3 раза (со 150 до 50 Ом).

9.3. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ С р-п ПЕРЕХОДОМ

В тех применениях, где ключ работает в широком диапазоне аналоговых сигналов, а также когда требуется обеспечить более низкое сопротивление в открытом состоянии, используется п-канальный полевой транзистор с р-п переходом. В этом случае схема управления должна удерживать транзистор в нужном состоянии при изменении входных сигналов в диапазоне ±10 В. Такая схема управления показана в упрощенном виде ра рис. 9.5.

+ I5S

схемы уп- , раолеиап

/{иалогоЬьш Выход (±10 В) О

Выход \-

схемы уп - I раВленип Х

4= С,

-15 В

Рис. 9.5. Простая схема управления и-канальным полевым транзистором с р~я переходом.