Элементы аналого-цифровых устройств и систем. Аналоговые электронные ключи и коммутаторы. Величина напряжения на выходе АЭК, страница 3

На рис. 7. 9 приведена схема ключа на МОП-транзисторе с индуцированным каналом n- типа и характеристики транзистора.

Рис. 7. 9. АЭК на МОП-транзисторе

Для замыкания ключа подается управляющий сигнал, величина которого должна обеспечивать U_ЗИ > U_ПОР, где U_ПОР - пороговое напряжение, а при размыкании U_ЗИ < U_ПОР. При фиксированном значении U_У величина U_ЗИ зависит от коммутируемого сигнала

и, следовательно, при изменении u_вх сопротивление токопроводящего канала также будет изменяться, т.е. происходит модуляция проводимости канала входным сигналом, что приводит к погрешности коммутации. Для уменьшения этой погрешности применяется комплементарная схема ключа (КМОП-ключ) на транзисторах с каналами разной проводимости (рис. 7. 10, а).

                              а                                                            б

Рис. 7. 10. КМОП-ключ

Управление транзисторами производится напряжениями противоположной полярности, создаваемыми инвертором. На рис. 7. 10, б приведены графики изменения сопротивления каналов транзисторов и результирующего сопротивления от величины коммутируемого сигнала. Из графиков видно, что в КМОП-ключе зависимость результирующего сопротивления открытого канала R_РЕЗ от u_вх значительно снижена.

КМОП-ключи обеспечивают следующие параметры: R_З= 20-300 Ом, время включения 10…300 нс и I_УТ = 0,1…50 нА.

КМОП-ключи входят в состав аналоговых коммутаторов различных серий ИС: 590, 591, 176, 561, 1561, 1564. Интегральные коммутаторы содержат встроенное устройство управления с дешифратором. Внешние сигналы управления  при этом  согласованы по уровню с  ИС серий ТТЛ и КМОП. Выпускаются ИС коммутаторов с различной схемой коммутации. На рис. 7. 11, а показан 16-ти канальный коммутатор 591КН3 для коммутации напряжений в диапазоне от –15 до +15 В, а на рис. 7. 11, б показан фрагмент схемы коммутатора 590КН4, работающего на переключение цепей

Рис. 7. 11. ИС аналоговых коммутаторов

Интегральные коммутаторы широко применяются для построения многоканальных систем сбора информации с датчиков и включаются перед АЦП. Управление коммутаторами - выбор и порядок опроса каналов при этом задается чаще всего микропроцессором. ИС АЦП 572ПВ4 содержит встроенный 8-ми канальный коммутатор.  Выпускаются также однокристальные микропроцессоры со встроенными АЦП и коммутаторами, например ИС цифрового процессора обработки аналоговых сигналов 1813ВЕ1 содержит 4-х канальный коммутатор, АЦП, микропроцессор и ОЗУ.

7.2. Аналоговые компараторы

  Назначение, основные параметры и характеристики. Аналоговыми компараторами называются устройства для сравнения  двух сигналов с выдачей результата в форме «больше» или «меньше». Чаще всего на практике применяются компараторы напряжений.  В качестве компаратора напряжений можно использовать ОУ без внешних цепей ООС (рис. 7. 12, а). В этом режиме разность напряжений , поступающих на вход ОУ, усиливается с коэффициентом усиления К₀  самого усилителя. С учетом того, что К₀ составляет десятки-сотни тысяч, выходной сигнал ОУ  принимает положительный или отрицательный уровень в зависимости от знака усиливаемой разности (рис. 7. 12, б).

Рис. 7. 12. Компаратор на ОУ

Схемотехника интегральных компараторов подобна схемотехнике ОУ за исключением выходного каскада, который в компараторах работает в ключевом режиме с формированием выходного сигнала,  совместимого по уровням с ЦИС: