1.3. Диодный коммутатор

Если требуется очень высокие скорости переключения, то применяются диодные ключи. Схема диодного ключа показана на рис. 1.6.

Если управляющее напряжение положительное, то диодыD₅иD₆закроются, а диодыD₁–D₄откроются и через оба плеча диодного моста потечет постоянный токIот одного источника тока к другому. НапряжениеU₁иU₂установятся равными

U₁=U_вз+U_д,

U₂=U_вх-U_д.

Выходное напряжение схемы составит

U_вых =U₁–U_д=U₂+U_д=U_вх–U_д+U_д=U_вх.

Если управляющее напряжение сделать отрицательным, диоды D₅иD₆откроются, при этом потенциалU₁примет высокое отрицательное напряжение, а потенциалU₂– высокое положительное напряжение. При этом закроются все четыре диода мостаD₁–D_4.. Ключ размыкается, и напряжение на выходе станет равным 0.

Для надежного управления ключом U_упрU_вх+ 2U_д. Для получения малых значений времени переключения и снижения величины емкостных импульсных наводок с управляющего входа на выход схемы применяют диоды Шотки. Время переключения диодных переключателей составляет менее 1 нС.

1.4. Мультиплексоры аналоговых сигналов

На основе ключей на полевых транзисторах строятся мультиплексоры аналоговых сигналов. Мультиплексоры позволяют коммутировать сигналы с многих направлений на одно. Структурная схема мультиплексора , коммутирующего сигналы с одного из четырех входов на выход, показана на рис.1.7. Каждый из ключей Кл1 – Кл4 представляет собой схему ключа на КМОП – транзисторах. В зависимости от состояния управляющих дискретных входов схема логики управления вырабатывает управляющий сигнал, который переводит один из ключей в замкнутое состояние. Таким образом, одно из входных напряжений подается на выход. Такой мультиплексор используется обычно с цифровыми схемами, вырабатывающие адресный сигнал А0А1. Входы логики управления мультиплексора согласованы с уровнями сигналов цифровых схем.

Промышленность выпускает большую номенклатуру аналоговых ключей и мультиплексоров различного функционального назначения, рассчитанного на разные коммутируемые напряжения. Среди отечественных микросхем следует отметить серииК590КН1…19, К591. Время переключения коммутаторов десятки – сотни нС, сопротивление ключей десятки – сотни Ом, коммутируемые напряжения до 15 В, коммутируемые токи от 1 до 50 мА.

Среди зарубежных фирм, выпускающих аналоговые ключи и мультиплексоры отметим фирмы MAXIM,AnalogDevices,Harrisи др. Так фирмаMAXIMвыпускает 325 приборов этой категории.

1.5. Аналоговые коммутаторы на базе операционного усилителя

Для построения прецизионных коммутаторов можно использовать ОУ. В этом случае уменьшается выходное сопротивление, уровни управляющих напряжений, что приводит к уменьшению импульсной погрешности на выходе ключа, возникающей благодаря проходной емкости. Схема включения усилителя показана на рис.1.8.

Полевой транзистор с индуцированным каналом, выполняющий роль последовательного ключа, подключен к входу ОУ в инвертирующем включении. При этом потенциал истока полевого транзистора практически равен 0. Величина ограничивающего сопротивленияR₁рассчитывается так, чтобы падение напряжения на открытом транзисторе было незначительным. В таком режиме работы транзистора будет соблюдаться условиеU_cU_и= 0, и полевой транзистор при управляющем напряжении, равным 0 (U_зи= 0), окажется открытым независимо от величины входного напряжения. Если транзистор закрыть , потенциал его стока будет возрастать. В зависимости от знака входного напряжения откроется диодD₁ илиD₂. Величина потенциала на стоке транзистора будет в пределах0,6 В. Отрицательное управляющее напряжение, запирающее полевой транзистор, должно по абсолютной величине лишь незначительно превышать пороговое напряжение ( на 0,6 В). Благодаря этому передаваемые на выход схемы через проходную емкость транзистора импульсы управляющего напряжения будут достаточно малыми. Так как величины падения напряжения на полевом транзисторе в обоих его состояниях невелики, то при соответствующем выбореR₁можно коммутировать входные сигналы практически любой амплитуды.

К суммирующей точке (инвертирующий вход) ОУ можно подключить несколько идентичных коммутаторов, при этом получается аналоговый коммутатор.