10.5. Оптореле
Оптореле сходны с аналоговыми коммутаторами, но отличаются от них прежде всего отсутствием электрической связи между цепью управления и коммутируемыми цепями. Напряжение электрической изоляции может достигать несколько киловольт. Оптореле различаются, прежде всего типами ключевых элементов, в качестве которых применяются тиристоры, биполярные транзисторы и МОП-транзисторы. Первые два вида ключей обладают плохими точностными характеристиками, поэтому соответствующие типы оптореле применяются исключительно для коммутации силовых цепей небольшой мощности. Оптореле с МОП-транзисторами имеют неплохие точностные характеристики, поэтому они могут применяться в качестве коммутаторов аналоговых каналов. На рис.7.26 приведена схема оптореле на МОП-транзисторах.
Рис.10.9. Схема оптореле на МОП-транзисторах
Силовой ключ образуют два МОП-транзистора с каналом n-типа, включённые встречно-последовательно. Это хотя и увеличивает вдвое сопротивление открытого ключа, но позволяет получить высокое максимально допустимое напряжение в закрытом состоянии. Управление состоянием обоих транзисторов осуществляется несколькими фотодиодами, включёнными последовательно. Фотодиоды работают в данном случае как фотоэлементы в режиме холостого хода. При освещении каждый из них вырабатывает напряжение около одного вольта, поэтому при пропускании тока ICTRL через светодиод транзисторы открываются. Динамическое сопротивление фотодиодов даже в режиме холостого хода сравнительно велико, поэтому процессы отпирания и запирания ключа, связанные с зарядом входной ёмкости МОП-транзисторов, протекают довольно медленно.
Типичным представителем этого класса приборов является 2-канальное оптореле TLV422 фирмы International Rectifier. Это реле может обеспечить коммутацию разнополярных сигналов с напряжением до 400 В, чего не допускает ни один КМОП-коммутатор. Максимально допустимое напряжение изоляции составляет 4 кВ. Сопротивление открытого канала не более 20 Ом при входном токе управления 5 мА. Типичное время отпирания ключа при коммутируемом токе 20 мА – 800 мкс, а выключения – 400 мкс. Ток утечки закрытого ключа достигает 1 мкА ( у аналоговых коммутаторов он меньше 1 нА).
10.6. Устройства выборки-хранения
Стандартная схема преобразования аналогового сигнала в цифровой предусматривает дискретизацию по времени и последующую дискретизацию по уровню. Дискретизация по времени осуществляется с помощью устройств выборки-хранения (УВХ), которые на интервале выборки ( слежения) повторяют на выходе входной аналоговый сигнал, а при переключении в режим хранения сохраняют последнее значение входного напряжения до поступления следующего сигнала выборки, то есть, по сути, они являются аналоговыми запоминающими устройствами. Хранимый сигнал ( текущая выборка по времени) поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для преобразования в цифровой вид. Для правильной работы АЦП необходимо, чтобы преобразуемый сигнал на протяжении времени преобразования оставался постоянным. Схема простейшего УВХ приведена на рис.10.10а.
Когда ключ S замкнут, выходное напряжение схемы повторяет входное, то есть VOUT = VIN (рис.10.10б). При размыкании ключа VOUT сохраняет значение, соответствующее моменту размыкания. Выходной повторитель на ОУ препятствует разряду конденсатора хранения CH на нагрузку схемы. Входное сопротивление повторителя должно быть как можно больше, поэтому обычно применяют ОУ с полевыми транзисторами на входе. По такой схеме построены, например, многоканальные УВХ SMP04/08 фирмы Analog Devises.
УВХ выпускаются в виде отдельных микросхем, либо совместно с АЦП в одной микросхеме.
Рис.10.10. Устройство выборки-хранения : а) принципиальная схема,
б) временные диаграммы