4. Переключатели со схемой управления

Переключатель аналогового сигнала.В процессе передачи аналогового сигнала со входа на выход схемы (рис. 6.16) прини­мают участие ОУ и два полевых транзистора. На выходе будет присутствовать сигнал, если транзисторVT1 закрыт, а транзисторVT2 открыт. В этом режиме ОУ имеет коэффициент усиления, рав­ный единице. При переключении полевых транзисторов коэффициент усиления становится равным нулю. Управление полевыми транзи­сторами осуществляется транзисторомVT3.

Коммутатор сигналов. Коммутатор аналоговых сигналов (рис. 6.17, а) предназначен для работы с входными сигналами от О до 6 В. Допускается параллельное включение до 64 каналов. Ча­стота опроса каждого канала при этом будет 2 кГц. Погрешность передачи входного сигнала с уровнем 6 В составляет менее 10 мВ.

Рис. 6.16

При подаче на управляющий вход положительного напряжения по­левой транзистор находится в закрытом состоянии. Нулевое управ­ляющее напряжение открывает полевой транзистор. В момент перехода транзистора из закрытого состояния в открытое через паразитные емкости на выход проходит импульсный сигнал помехи. Для компенсации помехи включен конденсатор С в цепь ООС. Амп­литуда помехи составляет несколько милливольт. Первый ОУ (DA1) для входного сигнала имеет коэффициент усиления, равный единице. Второй ОУ(DA2) выполняет роль повторителя с большим входным сопротивлением. На схеме рис. 6.17,6 показан коммутатор с управляющими устройствами на интегральной микросхеме К155ЛА8.

Коммутатор на интегральной микросхеме К190КТ2.Коммутатор сигналов от 0 до — 10 В (рис. 6.18,а) построен на микросхеме типа К190КТ2, в которой ключи выполнены на МОП-транзисторах с каналом типар. Напряжение — 25 В, которое присутствует в коллекторах транзисторовVT1—VT4, открывает ключи. Для закры­вания ключа подается положительное напряжение 3 В в эмиттеры транзисторовVT1 — VT4. На рис. 6.18,6 приведена зависимость по­грешности ключа от входного напряжения.

Рис. 6.17

Рис. 6 18

Рис. 6.19

Четырехканальный коммутатор. Коммутатор аналоговых сигна­лов построен на интегральной микросхеме К168КТ2 (рис. 6.19, а), которая состоит из четырех ключей на полевых транзисторах. Тран­зисторы в открытом состоянии имеют сопротивление менее 100 Ом, а напряжение отсечки 3 — 6 В. Управление ключами осуществляется логической схемой К155ЛА8, которая имеет четыре открытых кол­лектора. В цепях коллекторов стоят нагрузочные резисторы R4—R7. На рис. 6.19,6 приведена передаточная характеристика ключа при R3=1,5 кОм при различных напряжениях смещения на контакте11 микросхемыDA1: кривая1 — 12 В, кривая2 — 9 В, кривая3 — 6 В, кривая4 — 5В.

Для R₃=1,5 кОм коэффициент передачи равен 0,93, а нели­нейность в диапазоне коммутируемых сигналов 0 — 1 В менее 1,5%, а для диапазона 0 — 10 В — менее 5%. При сопротивлении нагрузки R₃= 100 кОм нелинейность в первом диапазоне не пре­вышает 0,01%, а во втором диапазоне — 0,1%. Длительность фрон­та включения по уровням 0,1 и 0,9 составляет 1,8 мкс, а выключе­ния — 3,6 мкс. При первом входном сигнале на резистореRi3= 10 кОм возникают импульсные помехи с амплитудой 0,5 В и с длительностью 0,1 мкс. Коммутатор может переключать как постоянное напряжение, так и импульсные сигналы с длительностью до десятков наносекунд.

Следует иметь в виду, что микросхема DD запитывается по общей шине, вывод 7 к — 12 В, а на контакт14 подается нуль. Кроме того, сигналы управления необходимо подавать относитель­но — 12 В.

Рис. 6.20

Рис. 6.21

Коммутатор на биполярных транзисторах.Коммутатор аналого­вых сигналов (рис. 6.20) имеет в своей основе дифференциальный усилитель с глубокой ООС. Схема содержит четыре ключа, которые переключаются при коммутации генератора тока, включенного в эмиттер дифференциальной пары транзисторов, входящих в ключ Для транзисторовVT3 иVT4 генератором тока является транзи­сторVT13. Когда через транзисторVT13 протекает ток, то сигнал наВходе 1 управляет перераспределением тока транзисторовVT3 иVT4. В их коллекторах возникает падение напряжения, которое управляет ОУ. В схеме существует ООС с выхода ОУ на базу транзистораVT4. Для пропускания сигнала ноВходу 2 включает­ся транзисторVT12. Управление генераторами тока (транзисторыVT11 — VT14) осуществляется микросхемойDD1 через транзисторыVT15 иVTJ6, которые также управляются микросхемой. Микро­схемаDD1 является двухразрядным счетчиком. Выходные сигналы счетчика, отображающие двоичное число, дешифрируются транзи­сторамиVT11 — VT16. На вход счетчика должны поступать импуль­сы положительной полярности с амплитудой до 5 В.

Выходной сигнал с дифференциального каскада поступает на ОУ DA1 и далее на ОУDA2. Коэффициент усиления ОУDA2 можно регулировать изменением сопротивления резистора !R5. Для получе­ния максимального быстродействия в схеме коммутатора желатель­но использовать ОУ серии К НО. Следует учесть, что микросхемы К140УД1Б требуют введение корректирующих цепей между выво­дами 1 и12 (С=100 пФ, R=1 кОм). Время установления вход­ного сигнала в коллекторах транзисторовVT1, VT2 составляет менее 50 не, а на выходе — менее 300 не. Транзисторы коммутатора входят в состав микросхемы К198НТ1.

Ключи микросхемы К284КН1.Интегральная микросхема К284КН1А, Б (рис. 6.21) предназначена для коммутации аналого­вых сигналов постоянного и переменного токов с частотами до еди­ниц мегагерц. На рис. 6.21, а приведена схема одного ключа, а на рис. 6.21,6 — функциональная схема микросхемы. Входное напря­жение может меняться в пределах Т10 В.

Управление ключом осуществляется от логических элементов с напряжением высокого уровня не менее 2,4 В. В открытом состоянии ключ имеет сопротивление: К284КН1А — не более 160 Ом, К284КН1Б — не более 250 Ом. Коммутируемый ток равен: К284КН1А — от +10 до — 8 мА, К284КН1Б — =flQ мА. Время включения (выключения) составляет меньше 2 мкс. В закрытом со­стоянии ключ ослабляет входной сигнал на 60 дБ, при Я_а=10кОм. На выходе ключа за счет емкостей переходов возникают им­пульсные сигналы с амплитудой 1 — 1,5 В и длительностью меньше 1 мкс. Коэффициент передачи ключа близок к единице для сигна­лов с частотами до 10 МГц, что проиллюстрировано на графике рис. 6.21, в.