模拟开关介绍与应用

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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。