开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器,当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时,继电器就吸合或释放,其触点接通或断开电路。CMOS模拟开关是一种可控开关,它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合,只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。
1.四双向模拟开关CD4066
CD4066的引脚功能如图1所示。每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时,开关导通;当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时,导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现很高的阻抗,可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小,典型值为-50dB。
2.单八路模拟开关CD4051
CD4051引脚功能见图2。CD4051相当于一个单刀八掷开关,开关接通哪一通道,由输入的3位地址码ABC来决定。其真值表见表1。“INH”是禁止端,当“INH”=1时,各通道均不接通。此外,CD4051还设有另外一个电源端VEE,以作为电平位移时使用,从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关,并使这种多路开关可传输峰-峰值达15V的交流信号。例如,若模拟开关的供电电源VDD=+5V,VSS=0V,当VEE=-5V时,只要对此模拟开关施加0~5V的数字控制信号,就可控制幅度范围为-5V~+5V的模拟信号。
表1
输入状态
| 接通通道
| |||
INH
| C
| B
| A
| |
0
| 0
| 0
| 0
| “0”
|
0
| 0
| 0
| 1
| “1”
|
0
| 0
| 1
| 0
| “2”
|
0
| 0
| 1
| 1
| “3”
|
0
| 1
| 0
| 0
| “4”
|
0
| 1
| 0
| 1
| “5”
|
0
| 1
| 1
| 0
| “6”
|
0
| 1
| 1
| 1
| “7”
|
1
|
|
|
| 均不接通
|
3.双四路模拟开关CD4052 CD4052的引脚功能见图3。CD4052相当于一个双刀四掷开关,具体接通哪一通道,由输入地址码AB来决定。其真值表见表2。
|
输入状态
| 接通通道
| ||
INH
| B
| A
| |
0
| 0
| 0
| “0”X、“0”Y
|
0
| 0
| 1
| “1”X、“1”Y
|
0
| 1
| 0
| “2”X、“2”Y
|
0
| 1
| 1
| “3”X、“3”Y
|
1
|
|
| 均不接通
|
4.三组二路模拟开关CD4053 CD4053的引脚功能见图4。CD4053内部含有3组单刀双掷开关,3组开关具体接通哪一通道,由输入地址码ABC来决定。其真值表见表3。
|
输入状态
| 接通通道
| |||
INH
| C
| B
| A
| |
0
| 0
| 0
| 0
| cX、bX、aX
|
0
| 0
| 0
| 1
| cX、bX、aY
|
0
| 0
| 1
| 0
| cX、bY、aX
|
0
| 0
| 1
| 1
| cX、bY、aY
|
0
| 1
| 0
| 0
| cY、bX、aX
|
0
| 1
| 0
| 1
| cY、bX、aY
|
0
| 1
| 1
| 0
| cY、bY、aX
|
0
| 1
| 1
| 1
| cY、bY、aY
|
1
|
|
|
| 均不接通
|
5.十六路模拟开关CD4067 CD4067的引脚功能见图5。CD4067相当于一个单刀十六掷开关,具体接通哪一通道,由输入地址码ABCD来决定。其真值表见表4。
|
D
| C
| B
| A
| INH
| 接通通道
|
0
| 0
| 0
| 0
| 0
| “0”
|
0
| 0
| 0
| 1
| 0
| “1”
|
0
| 0
| 1
| 0
| 0
| “2”
|
0
| 0
| 1
| 1
| 0
| “3”
|
0
| 1
| 0
| 0
| 0
| “4”
|
0
| 1
| 0
| 1
| 0
| “5”
|
0
| 1
| 1
| 0
| 0
| “6”
|
0
| 1
| 1
| 1
| 0
| “7”
|
1
| 0
| 0
| 0
| 0
| “8”
|
1
| 0
| 0
| 1
| 0
| “9”
|
1
| 0
| 1
| 0
| 0
| “10”
|
1
| 0
| 1
| 1
| 0
| “11”
|
1
| 1
| 0
| 0
| 0
| “12”
|
1
| 1
| 0
| 1
| 0
| “13”
|
1
| 1
| 1
| 0
| 0
| “14”
|
1
| 1
| 1
| 1
| 0
| “15”
|
|
|
|
| 1
| 均不接通
|
2.四路视频信号切换器
四路视频信号切换器电路见图7。“与非”门YF3、YF4组成脉冲振荡器,振荡频率由100k电位器调节。若嫌调节范围不够,可适当更换0.47μF电容和100k电阻。脉冲振荡器受YF1、YF2组成的双稳态电路的控制,按S1时,YF1输出低电平,脉冲振荡器停振;按S2时,YF1输出高电平,脉冲振荡器开始振荡。脉冲振荡器的输出作为CD4017十进制计数器的时钟,使Y0~Y3依次出现高电平,相应的四个模拟开关依次导通,由Vi1~Vi4输入的视频信号被依次切换至输出端,完成了四路视频信号的切换。显然,增加一片CD4066可做成八路视频信号切换器,相应地,由Y0~Y7进行模拟开关控制,Y8连至Cr。依此类推,可做成更多路数的视频信号切换器。而且,输入、输出也可以是其它形式的信号。如要求视频、音频信号同传,则并接上相应数量的模拟开关即可。
3.数控电阻网络
图8示出数字控制电阻网络电阻值大小的电路。在图8中,CD4066的四个独立开关分别并接在四个串接电阻上,电阻的值是按二进制位权关系选择的。当某个开关接通时,并接在该开关上的电阻被短路,此处假设该电阻阻值RRON(RON为模拟开关的导通电阻);当某个开关断开时,电阻两端阻值仍保持原阻值不变,此处假设该电阻阻值RROFF(ROFF为模拟开关断开时的电阻)。四个开关的控制端由四位二进制数A、B、C、D控制,因此,在A、B、C、D端输入不同的四位二进制数,可控制电阻网络的电阻变化,并从其上获得2~16种不同的电阻值。按图8所给的电阻值,该电阻网络所对应的16种阻值列于表5中。
表5
输入二进制数
| 电阻值(MΩ)
| |||
D
| C
| B
| A
| |
0
| 0
| 0
| 0
| 3.75
|
0
| 0
| 0
| 1
| 3.50
|
0
| 0
| 1
| 0
| 3.25
|
0
| 0
| 1
| 1
| 3.00
|
0
| 1
| 0
| 0
| 2.75
|
0
| 1
| 0
| 1
| 2.50
|
0
| 1
| 1
| 0
| 2.25
|
0
| 1
| 1
| 1
| 2.00
|
0
| 0
| 0
| 0
| 1.75
|
1
| 0
| 0
| 1
| 1.50
|
1
| 0
| 1
| 0
| 1.25
|
1
| 0
| 1
| 1
| 1.00
|
1
| 1
| 0
| 0
| 0.75
|
1
| 1
| 0
| 1
| 0.50
|
1
| 1
| 1
| 0
| 0.25
|
1
| 1
| 1
| 1
| 4×RON≈2kΩ
|
当D1端为高电平时,闸门YF1开通,低频脉冲经YF1加到CD40192的CPU端,使其作加法计数,输出端Q0~Q3数据增大,使16路模拟开关的刀向低端转换,顺序接通R1~R10,接通的电阻增大,经与R11分压后,使输出音频信号Vo增大;当D2端为高电平时,闸门YF2开通,低频脉冲经YF2加到CD40192的CPD端,使其作减法计数,输出端Q0~Q3数据减小,使16路模拟开关的刀向高端转换,顺序接通R10~R1,接通的电阻减小,经与R11分压后,使输出音频信号Vo减小。
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