常用CMOS模擬開(kāi)關(guān)功能和原理

1、常用CMOS模擬開(kāi)關(guān)功能和原理（4066，4051-53）作者：李洪明出處：更新時(shí)間： 2004年11月13日開(kāi)關(guān)在電路中起接通信號(hào)或斷開(kāi)信號(hào)的作用。最常見(jiàn)的可控開(kāi)關(guān)是繼電器，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路加高電平或低電平時(shí)，繼電器就吸合或釋放，其觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)電路。CMOS模擬開(kāi)關(guān)是一種可控開(kāi)關(guān)，它不象繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場(chǎng)合，只適于處理幅度不超過(guò)其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號(hào)。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)CD4066CD4066的引腳功能如圖1所示。每個(gè)封裝內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)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

2、。當(dāng)控制端加高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制端加低電平時(shí)開(kāi)關(guān)截止。模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電阻為幾十歐姆；模擬開(kāi)關(guān)截止時(shí)，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開(kāi)路。模擬開(kāi)關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為40MHz。各開(kāi)關(guān)間的串?dāng)_很小，典型值為50dB。2.單八路模擬開(kāi)關(guān)CD4051CD4051引腳功能見(jiàn)圖2。CD4051相當(dāng)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(dāng)“INH”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)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(shù)

3、字信號(hào)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(dá)15V的交流信號(hào)。例如，若模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VDD=5V，VSS=0V，當(dāng)VEE=5V時(shí)，只要對(duì)此模擬開(kāi)關(guān)施加05V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為5V5V的模擬信號(hào)。表1輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通3.雙四路模擬開(kāi)關(guān)CD4052CD4052的引腳功能見(jiàn)圖3。CD4052相當(dāng)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。 表2輸入狀態(tài)接通通道INHBA000“0”X、“0”Y001

4、“1”X、“1”Y010“2”X、“2”Y011“3”X、“3”Y1均不接通4.三組二路模擬開(kāi)關(guān)CD4053CD4053的引腳功能見(jiàn)圖4。CD4053內(nèi)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。 表3輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000cX、bX、aX0001cX、bX、aY0010cX、bY、aX0011cX、bY、aY0100cY、bX、aX0101cY、bX、aY0110cY、bY、aX0111cY、bY、aY1均不接通5.十六路模擬開(kāi)關(guān)CD4067CD4067的引腳功能見(jiàn)圖5。CD4067相當(dāng)于一個(gè)單刀十六擲開(kāi)關(guān)，具體接通哪一通道，由輸

5、入地址碼ABCD來(lái)決定。其真值表見(jiàn)表4。 表4DCBAINH接通通道00000“0”00010“1”00100“2”00110“3”01000“4”01010“5”01100“6”01110“7”10000“8”10010“9”10100“10”10110“11”11000“12”11010“13”11100“14”11110“15”1均不接通二、典型應(yīng)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(xiàn)對(duì)音量大小的控制。VT1的G極接有3個(gè)模擬開(kāi)關(guān)

6、S1S3和一個(gè)100F的電容，其中100F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100F電容上的電壓可長(zhǎng)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(dāng)S1導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)S2導(dǎo)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(jī)音量復(fù)位作用，開(kāi)機(jī)時(shí)，電源在S3控制端產(chǎn)生一短暫的正脈沖，使S3導(dǎo)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)。F1F6及其外圍元件組成長(zhǎng)短脈沖識(shí)別電路。靜態(tài)時(shí)，

7、F1、F2輸入為高電平，當(dāng)較長(zhǎng)時(shí)間按壓按鈕開(kāi)關(guān)AN時(shí)，F(xiàn)4輸出變高，經(jīng)100k電阻給3.3F電容充電，當(dāng)充電電壓超過(guò)CMOS門(mén)轉(zhuǎn)換電壓時(shí)，F(xiàn)5輸出由高變低，F(xiàn)6輸出由低變高，模擬開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通，100F電容放電，音量變大。與此同時(shí)，F(xiàn)1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(zhuǎn)換電壓，故F2輸出仍為高電平，F(xiàn)3輸出低電平，模擬開(kāi)關(guān)S1保持截止。當(dāng)連續(xù)按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)AN時(shí)，F(xiàn)4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(dá)不到轉(zhuǎn)換電壓，因此F6輸出一直為低。而此時(shí)F1輸出連續(xù)高低變化，經(jīng)二極管整流不斷給電容充電，

8、使3.3F電容上電壓迅速達(dá)到轉(zhuǎn)換電壓，F(xiàn)2輸出變低，F(xiàn)3輸出變高，模擬開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)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(xiàn)了對(duì)音量的大小控制。 2.四路視頻信號(hào)切換器四路視頻信號(hào)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(diào)節(jié)。若嫌調(diào)節(jié)范圍不夠，可適當(dāng)更換0.47F電容和100k電阻。脈沖振蕩器受YF1、YF2組成的雙穩(wěn)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(jì)數(shù)器的時(shí)鐘，使Y0Y3依次出現(xiàn)高電平，相應(yīng)的四個(gè)模擬開(kāi)關(guān)依次導(dǎo)通，由Vi1Vi4輸

9、入的視頻信號(hào)被依次切換至輸出端，完成了四路視頻信號(hào)的切換。顯然，增加一片CD4066可做成八路視頻信號(hào)切換器，相應(yīng)地，由Y0Y7進(jìn)行模擬開(kāi)關(guān)控制，Y8連至Cr。依此類推，可做成更多路數(shù)的視頻信號(hào)切換器。而且，輸入、輸出也可以是其它形式的信號(hào)。如要求視頻、音頻信號(hào)同傳，則并接上相應(yīng)數(shù)量的模擬開(kāi)關(guān)即可。3.數(shù)控電阻網(wǎng)絡(luò)圖8示出數(shù)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(dú)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(quán)關(guān)系選擇的。當(dāng)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(shè)該電阻阻值RRON（RON為模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻）；當(dāng)某個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電阻兩端阻值仍保持原阻值

10、不變，此處假設(shè)該電阻阻值RROFF（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(shù)A、B、C、D控制，因此，在A、B、C、D端輸入不同的四位二進(jìn)制數(shù)，可控制電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻變化，并從其上獲得216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(duì)應(yīng)的16種阻值列于表5中。表5輸入二進(jìn)制數(shù)電阻值(M)DCBA00003.7500013.5000103.2500113.0001002.7501012.5001102.2501112.0000001.7510011.5010101.2510111.0011000.7511010.5011100.2511114RON2k4.音量調(diào)節(jié)電路音量調(diào)節(jié)電路見(jiàn)圖9。音頻信號(hào)由Vi端輸入，經(jīng)分壓電阻R11和隔直電容加到由R1R10構(gòu)成的加減電阻網(wǎng)絡(luò)。CD40192為十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器，“與非”門(mén)YF3、YF4構(gòu)成低頻振蕩器，“與非”門(mén)YF1、YF2分別為加計(jì)數(shù)端CPU和減計(jì)數(shù)端CPD的計(jì)數(shù)閘門(mén)。 當(dāng)D1端為高電平時(shí)，閘門(mén)YF1開(kāi)通，低頻脈沖經(jīng)YF1加到CD40192的CPU端，使其作加法計(jì)數(shù)，輸出端Q0Q3數(shù)據(jù)增大，使16路