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 18.06.2013

  • Электронные 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 23.12.2008

  • Электронные 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 12.07.2009

  • Основные 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 14.11.2017

  • Устройство 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 20.12.2010

  • Основные 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 31.01.2015

  • Проектирование 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 05.08.2011

  • Детализация 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 14.02.2009

  • Расчет 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 04.03.2011

  • Динамический 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 12.11.2014

  • Разработка 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 11.04.2014

  • Разработка 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 24.06.2013

  • Исследование 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 21.07.2013

  • Способы 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 26.09.2010

  • Разработка 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 06.06.2012

  • Проектирование 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 03.11.2014

  • Спектральный 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 02.09.2013

  • Исследование 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 09.11.2014

  • Разработка 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 21.02.2016

  • Общие 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

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.