常用CMOS模擬開(kāi)關(guān)功能和原理

一、常用CMOS模擬開(kāi)關(guān)引腳功能和工作原理

1.四雙向模擬開(kāi)關(guān)CD4066

CD4066的引腳功能如圖1所示。每個(gè)封裝內部有4個(gè)獨立的模擬開(kāi)關(guān),每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子,其中輸入端和輸出端可互換。當控制端加高電平時(shí),開(kāi)關(guān)導通;當控制端加低電平時(shí)開(kāi)關(guān)截止。模擬開(kāi)關(guān)導通時(shí),導通電阻為幾十歐姆;模擬開(kāi)關(guān)截止時(shí),呈現很高的阻抗,可以看成為開(kāi)路。模擬開(kāi)關(guān)可傳輸數字信號和模擬信號,可傳輸的模擬信號的上限頻率為40MHz。各開(kāi)關(guān)間的串擾很小,典型值為－50dB。

圖1 CD4066的引腳功能

2.單八路模擬開(kāi)關(guān)CD4051

CD4051引腳功能見(jiàn)圖2。CD4051相當于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)接通哪一通道,由輸入的3位地址碼ABC來(lái)決定。其真值表見(jiàn)表1?！癐NH”是禁止端,當“INH”=1時(shí),各通道均不接通。此外,CD4051還設有另外一個(gè)電源端VEE,以作為電平位移時(shí)使用,從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數字信號能直接控制這種多路開(kāi)關(guān),并使這種多路開(kāi)關(guān)可傳輸峰－峰值達15V的交流信號。例如,若模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VDD=＋5V,VSS=0V,當VEE=－5V時(shí),只要對此模擬開(kāi)關(guān)施加0～5V的數字控制信號,就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號。

圖2 CD4051引腳功能

表1 CD4051真值表

3.雙四路模擬開(kāi)關(guān)CD4052

CD4052的引腳功能見(jiàn)圖3。CD4052相當于一個(gè)雙刀四擲開(kāi)關(guān),具體接通哪一通道,由輸入地址碼AB來(lái)決定。其真值表見(jiàn)表2。

圖3 CD4052的引腳功能

表2 CD4052真值表

4.三組二路模擬開(kāi)關(guān)CD4053

CD4053的引腳功能見(jiàn)圖4。CD4053內部含有3組單刀雙擲開(kāi)關(guān),3組開(kāi)關(guān)具體接通哪一通道,由輸入地址碼ABC來(lái)決定。其真值表見(jiàn)表3。

圖4 CD4053的引腳功能

表3 CD4053真值表

5.十六路模擬開(kāi)關(guān)CD4067

CD4067的引腳功能見(jiàn)圖5。CD4067相當于一個(gè)單刀十六擲開(kāi)關(guān),具體接通哪一通道,由輸入地址碼ABCD來(lái)決定。其真值表見(jiàn)表4。

圖5 CD4067的引腳功能

表4 CD4067真值表

二、典型應用舉例

1.單按鈕音量控制器

單按鈕音量控制器電路見(jiàn)圖6。VMOS管VT1作為一個(gè)可變電阻并接在音響裝置的音量電位器輸出端與地之間。VT1的D極和S極之間的電阻隨VGS成反比變化,因此控制VGS就可實(shí)現對音量大小的控制。VT1的G極接有3個(gè)模擬開(kāi)關(guān)S1～S3和一個(gè)100μF的電容,其中100μF電容起電壓保持作用。由于VMOS管的G極和S極之間的電阻極高,故100μF電容上的電壓可長(cháng)時(shí)間基本保持不變。模擬開(kāi)關(guān)S1為電容提供充電回路,當S1導通時(shí),電源通過(guò)S1給電容充電,電容上電壓不斷增高,使VT1導通電阻越來(lái)越小,使音量也越來(lái)越小。模擬開(kāi)關(guān)S2為電容提供放電回路,當S2導通時(shí),電容通過(guò)S2放電,電容上電壓不斷下降,使音量越來(lái)越大。模擬開(kāi)關(guān)S3起開(kāi)機音量復位作用,開(kāi)機時(shí),電源在S3控制端產(chǎn)生一短暫的正脈沖,使S3導通,由于與S3連接的電阻較小,故使電容很快充到一定的電壓,使起始音量處于較小的狀態(tài)。F1～F6及其外圍元件組成長(cháng)短脈沖識別電路。靜態(tài)時(shí),F1、F2輸入為高電平,當較長(cháng)時(shí)間按壓按鈕開(kāi)關(guān)AN時(shí),F4輸出變高,經(jīng)100k電阻給3.3μF電容充電,當充電電壓超過(guò)CMOS門(mén)轉換電壓時(shí),F5輸出由高變低,F6輸出由低變高,模擬開(kāi)關(guān)S2導通,100μF電容放電,音量變大。與此同時(shí),F1輸出也變高,也給電容充電,但F1輸出的一次正跳變不足以使電容上電壓超過(guò)轉換電壓,故F2輸出仍為高電平,F3輸出低電平,模擬開(kāi)關(guān)S1保持截止。當連續按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)AN時(shí),F4輸出也不斷變化,輸出為高時(shí),給電容充電,而輸出變低時(shí),電容又很快通過(guò)二極管VD3放電,故電容上電壓總是達不到轉換電壓,因此F6輸出一直為低。而此時(shí)F1輸出連續高低變化,經(jīng)二極管整流不斷給電容充電,使3.3μF電容上電壓迅速達到轉換電壓,F2輸出變低,F3輸出變高,模擬開(kāi)關(guān)S1導通,給電容充電,音量變小。由此,利用一只按鈕開(kāi)關(guān),實(shí)現了對音量的大小控制。

圖6 單按鈕音量控制器電路

2.四路視頻信號切換器

四路視頻信號切換器電路見(jiàn)圖7?！芭c非”門(mén)YF3、YF4組成脈沖振蕩器,振蕩頻率由100k電位器調節。若嫌調節范圍不夠,可適當更換0.47μF電容和100k電阻。脈沖振蕩器受YF1、YF2組成的雙穩態(tài)電路的控制,按S1時(shí),YF1輸出低電平,脈沖振蕩器停振;按S2時(shí),YF1輸出高電平,脈沖振蕩器開(kāi)始振蕩。脈沖振蕩器的輸出作為CD4017十進(jìn)制計數器的時(shí)鐘,使Y0～Y3依次出現高電平,相應的四個(gè)模擬開(kāi)關(guān)依次導通,由Vi1～Vi4輸入的視頻信號被依次切換至輸出端,完成了四路視頻信號的切換。顯然,增加一片CD4066可做成八路視頻信號切換器,相應地,由Y0～Y7進(jìn)行模擬開(kāi)關(guān)控制,Y8連至Cr。依此類(lèi)推,可做成更多路數的視頻信號切換器。而且,輸入、輸出也可以是其它形式的信號。如要求視頻、音頻信號同傳,則并接上相應數量的模擬開(kāi)關(guān)即可。

圖7 四路視頻信號切換器電路

3.數控電阻網(wǎng)絡(luò )

圖8示出數字控制電阻網(wǎng)絡(luò )電阻值大小的電路。在圖8中,CD4066的四個(gè)獨立開(kāi)關(guān)分別并接在四個(gè)串接電阻上,電阻的值是按二進(jìn)制位權關(guān)系選擇的。當某個(gè)開(kāi)關(guān)接通時(shí),并接在該開(kāi)關(guān)上的電阻被短路,此處假設該電阻阻值RRON（RON為模擬開(kāi)關(guān)的導通電阻）;當某個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),電阻兩端阻值仍保持原阻值不變,此處假設該電阻阻值RROFF（ROFF為模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的電阻）。四個(gè)開(kāi)關(guān)的控制端由四位二進(jìn)制數A、B、C、D控制,因此,在A(yíng)、B、C、D端輸入不同的四位二進(jìn)制數,可控制電阻網(wǎng)絡(luò )的電阻變化,并從其上獲得2～16種不同的電阻值。按圖8所給的電阻值,該電阻網(wǎng)絡(luò )所對應的16種阻值列于表5中。

圖8 數字控制電阻網(wǎng)絡(luò )電阻值大小的電路

表5 該電阻網(wǎng)絡(luò )所對應的16種阻值

4.音量調節電路

音量調節電路見(jiàn)圖9。音頻信號由Vi端輸入,經(jīng)分壓電阻R11和隔直電容加到由R1～R10構成的加／減電阻網(wǎng)絡(luò )。CD40192為十進(jìn)制加／減計數器,“與非”門(mén)YF3、YF4構成低頻振蕩器,“與非”門(mén)YF1、YF2分別為加計數端CPU和減計數端CPD的計數閘門(mén)。

圖9 音量調節電路