Электронные ключи в аналоговых устройствах
Применение аналоговых ключей для коммутации знакопеременных сигналов, напряжения и токи которых могут изменяться в широких пределах. Схема последовательного ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа. Высокочастотные управляющие импульсы.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | лекция |
Язык | русский |
Дата добавления | 04.10.2013 |
Размер файла | 611,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лекция
Электронные ключи в аналоговых устройствах
Аналоговые ключи
Аналоговые ключи предназначены для коммутации знакопеременных сигналов, напряжения и токи которых могут изменяться в широких пределах. Идеальный аналоговый ключ должен иметь нулевое сопротивление в состоянии “замкнуто” () и бесконечное сопротивление в состоянии “разомкнуто” (). Кроме и реальный аналоговый ключ характеризуется и другими параметрами: быстродействием (временем задержки включения и выключения ключа); напряжениями управления; максимальными и минимальными напряжениями и токами цепи коммутации; уровнем паразитного сигнала, проникающим из цепи управления в цепь коммутации.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Простейшая эквивалентная схема реального ключа (рис. 8.1) состоит из идеального ключа и сопротивлений и . В зависимости от соотношения между сопротивлениями ключа (,) и сопротивлениями источника сигнала и нагрузки (,) ключи по отношению к источнику сигнала и нагрузке могут включаться последовательно, параллельно или последовательно-параллельно (рис. 8.2). Ключи управляются прямоугольными импульсами, причем в случае последовательно-параллельного включения - в противофазе.
При построении аналоговых ключей используются как полевые, так и биполярные транзисторы, причем близкими к идеальным являются ключи на МДП-транзисторах, у которых цепь управления (затвор) и цепь коммутации (канал) разделены диэлектриком.
Размещено на http://www.allbest.ru/
На рис. 8.3 приведена схема последовательного ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа. Напряжение , поданное на подложку, выбирается из условия надежного запирания p-n-перехода транзистора при действии сигнала отрицательной полярности: . При нулевом управляющем напряжении транзистор закрыт, однако, поскольку напряжение приложено между истоком и затвором, при больших отрицательных напряжениях , превышающих (по модулю) пороговое напряжение транзистора , транзистор открывается, поэтому для надежного запирания транзистора может понадобиться подача на затвор отрицательного управляющего импульса. Чтобы открыть транзистор, на затвор подается положительное напряжение . При правильном выборе параметров управляющего сигнала удается достичь большого отношения между сопротивлениями разомкнутого и замкнутого ключа (Ом; Ом). Аналоговые ключи на МДП-транзисторах с индуцированным каналом находят применение в многоканальных коммутаторах, изготавливаемых в виде микросхем (143КТ1, 168КТ2, 190КТ1, 190КТ2).
Недостатком МДП-ключей является то, что высокочастотные управляющие импульсы через межэлектродные емкости и проникают в цепь коммутации, создавая на сопротивлении нагрузки паразитное напряжение, маскирующее слабые коммутируемые сигналы. В комплементарных МДП-ключах (КМДП-ключах) паразитный сигнал ослаблен за счет взаимной компенсации паразитных сигналов от положительного и отрицательного управляющих напряжений, подаваемых на затворы транзисторов с разным типом проводимости каналов (рис. 8.4).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Если транзисторы и идентичны и амплитуды управляющих напряжений разной полярности строго одинаковы, то теоретически должна быть полная компенсация паразитных сигналов. Требование в микросхемах 176КТ1, 561КТ1, 564КТ1 обеспечивается за счет встроенных в микросхему формирователей управляющих импульсов, при этом внешнее управляющее напряжение однополярное.
Ключевые перемножители
Если требуется умножить сигнал произвольной формы на периодическую последовательность импульсов, то эту операцию с гораздо меньшей погрешностью (по сравнению с аналоговыми перемножителями) можно выполнить ключевым перемножителем, одна из возможных схем которого изображена на рис. 8.5,а.
Здесь имеет место параллельное соединение двух двухквадрантных перемножителей, один из которых неинвертирующий (ключ ), а другой инвертирующий (инвертирующий усилитель совместно с ключом ). Этим обеспечивается работа ключевого перемножителя в четырех квадрантах: если ключ замкнут, а разомкнут, то напряжение на выходе перемножителя , если же замкнут , а разомкнут , то . Временные диаграммы напряжений изображены на рис. 8.5,в, где положительные импульсы напряжений и соответствуют в схеме замкнутому состоянию соответствующего ключа.
В схеме рис. 8.5,б реализуется дифференциальный вход x, при этом дифференциальный усилитель ДУ имеет небольшой коэффициент усиления . В остальном схема аналогична схеме рис. 8.5,а: при замкнутых ключах выходное напряжение , а при замкнутых ключах - (управление ключами и здесь точно такое, как и в схеме рис. 8.5,а).
Устройства выборки-хранения и пиковые детекторы
При преобразовании аналогового сигнала в цифровой код требуется в определенный момент времени выбрать мгновенное значение напряжения этого сигнала и запомнить его на некоторое время, в течение которого производится преобразование. Для этих целей используется устройство выборки-хранения (УВХ), простейшая схема которого имеет вид, показанный на рис. 8.6,а. Если ключ замкнут, то происходит заряд конденсатора от источника входного сигнала с постоянной времени . При разомкнутом ключе конденсатор хранит какое-то время мгновенное значение входного напряжения. Чтобы в режиме хранения напряжение на конденсаторе изменялось мало, должна быть достаточно большой постоянная времени разряда конденсатора, т.е. должны быть большими сопротивление разомкнутого ключа () и входное сопротивление буферного усилителя (). Напряжение на конденсаторе в режиме хранения изменяется не только за счет разряда через и , но и за счет тока утечки конденсатора и токов смещения ОУ. Кроме того, несоответствие напряжения на выходе ОУ напряжению вызывается также напряжением дрейфа ОУ. Все эти причины приводят к погрешности преобразования, поэтому их влияние необходимо свести к минимуму за счет соответствующего выбора ключа, операционного усилителя и конденсатора.
В режиме хранения напряжение на конденсаторе при прочих равных условиях будет изменяться тем меньше, чем больше емкость конденсатора. Однако при увеличении емкости конденсатора увеличивается и время его заряда в режиме выборки, что также приводит к ошибке преобразования, поскольку зафиксированная на конденсаторе величина напряжения не будет соответствовать величине действующего в данный момент напряжения на входе УВХ. Время заряда конденсатора можно уменьшить, уменьшив сопротивление заряда за счет отрицательной обратной связи по напряжению, например, как показано на рис. 8.6,б.
При замкнутом ключе и разомкнутом (режим выборки) в схеме рис. 8.6,б действует отрицательная обратная связь (ООС) с петлевым усилением , поэтому сопротивление заряда конденсатора, равное сумме выходного сопротивления ОУ2 и сопротивления замкнутого ключа , уменьшается примерно в раз. Поскольку в этом режиме и ОУ1, и ОУ2 охвачены глубокой ООС, напряжения на их инвертирующих и неинвертирующих входах оказываются одинаковыми, а напряжение на конденсаторе строго повторяет напряжение . В режиме хранения (ключ разомкнут, а замкнут) схема рис. 8.6,б работает точно так же, как и схема рис. 8.6,а. Ключ в схеме рис. 8.6,б используется для организации местной ООС, когда общая связь разрывается ( разомкнут), что исключает режим насыщения ОУ2. Однако при переходе от режима хранения к режиму выборки (в момент замыкания ключа и размыкания ), в связи с тем что напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах ОУ2 не совпадают, ОУ2 входит в режим насыщения, и конденсатор C, хотя и не действует общая ООС, сравнительно быстро перезаряжается под действием повышенного напряжения с выхода ОУ2. Когда напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением на неинвертирующем входе ОУ2, а сам усилитель выйдет из режима насыщения, начнет действовать общая ООС, а УВХ - функционировать в режиме слежения за входным сигналом. УВХ выпускаются в виде интегральных схем, в частности 1100СК2, 1103СК2.
Пиковый детектор (ПД), в отличие от УВХ, производит выборку не мгновенного значения входного напряжения, а его максимального значения (положительного или отрицательного) на заданном интервале времени. В схеме рис. 8.7,а при разомкнутом ключе , если напряжение превышает напряжение на конденсаторе () на величину , то происходит дозаряд конденсатора через открытый диод , если же , то диод закрыт и сохраняется зафиксированное ранее значение напряжения. Кроме погрешностей, вызванных, как и в соответствующей схеме УВХ, ненулевым временем заряда и конечным временем разряда конденсатора , в схеме ПД рис. 8.7,а погрешность возникает также за счет неидеальности детекторной характеристики простейшего детектора (см. рис. 3.17,б и в). При замыкании ключа напряжение на конденсаторе сбрасывается до уровня входного мгновенного напряжения (как в схеме рис. 8.7,а) или до нуля. В момент размыкания ключа начинается новый цикл выборки максимального значения напряжения.
Преимущества схемы рис. 8.7,б по сравнению со схемой рис. 8.7,а связаны не только с уменьшением времени заряда конденсатора , но и со свойствами прецизионного амплитудного детектора, в который превращается ПД со схемой рис. 8.7,б после размыкания ключа (буферный усилитель на ОУ1 имеет единичный коэффициент передачи). Отличие заключается только в том, что в схеме рис. 8.7,б входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ2, тогда как в схеме рис. 3.18,а это невозможно, поскольку в этом случае при ненулевом напряжении на неинвертирующем входе ОУ и открытом диоде напряжение на инвертирующем входе ОУ, повторяя напряжение на его неинвертирующем входе, поступает через на конденсатор фильтра и в нагрузку. В схеме рис. 8.7,б это исключается за счет развязки, обеспечиваемой буферным усилителем.
аналоговый ключ коммутация транзистор
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование принципов разработки генератора аналоговых сигналов. Анализ способов перебора адресов памяти генератора аналоговых сигналов. Цифровая генерация аналоговых сигналов. Проектирование накапливающего сумматора для генератора аналоговых сигналов.
курсовая работа [513,0 K], добавлен 18.06.2013Электронные ключи. Насыщенный транзисторный ключ на биполярном транзисторе. Статические, динамические характеристики электронного ключа. Способы увеличения быстродействия ключа на биполярном транзисторе. Серии логических элементов. Схемотехника РТЛ.
реферат [368,9 K], добавлен 23.12.2008Электронные ключи – элементы, производящие под воздействием управляющего сигнала различные коммутации в импульсных и цифровых устройствах. Схемы электронных ключей на полевых транзисторах. Принцип их работы, схожесть с ключами на биополярных транзисторах.
контрольная работа [168,4 K], добавлен 12.07.2009Основные параметры широкополосных аналоговых сигналов, модели электронных ключей: электронные на диодах, биполярные, полевые транзисторы. Расчет входного и выходного усилителя и источника питания. Анализ структурной схемы блока электронной коммутации.
дипломная работа [531,2 K], добавлен 14.11.2017Устройство коммутаторов аналоговых сигналов. Сущность коммутации сигналов - метода, с помощью которого сигналы, поступающие от нескольких источников, объединяются в определенном порядке в одной линии. Многоканальные, матричные коммутаторы, мультиплексоры.
реферат [556,8 K], добавлен 20.12.2010Основные параметры и принципы переключения. Схемы подключения ключей. Механические и электронные высокочастотные переключатели. Полевые транзисторы с МОП структурой затвора и монолитные СВЧ интегральные схемы. Исполнительные механизмы микросистем.
реферат [4,7 M], добавлен 31.01.2015Проектирование цифрового генератора аналоговых сигналов. Разработка структурной, электрической и функциональной схемы устройства, блок-схемы опроса кнопок и работы генератора. Схема делителя с выходом в виде напряжения на инверсной резистивной матрице.
курсовая работа [268,1 K], добавлен 05.08.2011Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке устройства контроля за уровнем аналоговых сигналов). Структурная схема, её описание. Расчет потребляемой мощности и требования к источникам питания.
курсовая работа [119,3 K], добавлен 14.02.2009Расчет амплитуды аналоговых сигналов яркости и цветности. Представление аналоговых сигналов в цифровой форме. Цветовой треугольник внутри локуса. Область применения построчного, черезстрочного и с кратностью деления на "3" принципа формирования растра.
курсовая работа [1002,3 K], добавлен 04.03.2011Динамический режим работы усилителя. Расчет аналоговых электронных устройств. Импульсные и широкополосные усилители. Схемы на биполярных и полевых транзисторах. Правила построения моделей электронных схем. Настройка аналоговых радиотехнических устройств.
презентация [1,6 M], добавлен 12.11.2014Разработка структурной и функциональной схем устройства преобразования аналоговых сигналов на микропроцессоре PIC. Входное буферное устройство, аналого-цифровой преобразователь. Устройство цифровой обработки сигнала, широтно-импульсный модулятор.
контрольная работа [612,9 K], добавлен 11.04.2014Разработка микропроцессорного устройства измерения параметров аналоговых сигналов и передачи измеренных величин по беспроводному каналу связи на ЭВМ. Выбор микроконтроллера, микросхемы, интерфейса связи. Разработка программного обеспечения для управления.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.06.2013Исследование статических характеристик полевого МДП-транзистора с индуцированным каналом и определение его параметров. Снятие передаточной характеристики, семейства выходных характеристик. Определение крутизны транзистора, дифференциального сопротивления.
лабораторная работа [2,6 M], добавлен 21.07.2013Способы построения аналоговых перемножителей. Влияние технологических погрешностей аналоговых компонентов на характеристики и параметры перемножителей. Схемотехнические способы их снижения. Сравнительный анализ схем преобразователей "напряжение-ток".
дипломная работа [3,5 M], добавлен 26.09.2010Разработка устройства преобразования аналоговых сигналов на базе микроконтроллера PIC16F877 и ЦАП AD5346, осуществляющее преобразование в последовательность двоичных кодов, обработку кодов и преобразование результатов обработки в аналоговые сигналы.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 06.06.2012Проектирование модуля вывода дискретных и ввода аналоговых сигналов для систем управления различным технологическим оборудованием. Моделирование схемы модуля в ССМ Multisim. Разработка печатной платы модуля. Разработка принципиальной и структурной схем.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 03.11.2014Спектральный анализ аналоговых непериодического и периодического сигналов. Анализ аналоговой линейной электрической цепи во временной и частотной области. Расчет и построение спектра коэффициентов комплексного ряда Фурье. Расчет шины спектра сигнала.
курсовая работа [582,6 K], добавлен 02.09.2013Исследование внутреннего устройства и архитектуры современных модемов. Распределение функций между составными частями модема. Анализ функций аналоговых и цифровых модемов, связанных с обработкой сигналов. Метод преобразования аналоговых данных в цифровые.
курсовая работа [335,9 K], добавлен 09.11.2014Разработка усилителя низкочастотного сигнала с заданным коэффициентом усиления. Расчеты для каскада с общим коллектором. Амплитуда высших гармоник. Мощность выходного сигнала. Синтез преобразователя аналоговых сигналов на базе операционного усилителя.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.02.2016Общие принципы резервирования. Методы диагностики обрыва во входных цепях аналоговых модулей. Принцип работы системы, резервированной методом замещения. Резервирование датчиков и модулей ввода дискретных сигналов, аналоговых модулей ввода и вывода.
статья [185,8 K], добавлен 12.12.2010