CMOS, czyli complementary metal-oxide-semiconductor, to technologia układów scalonych wykorzystująca komplementarne tranzystory MOSFET typu n i p. Powstają w niej między innymi liczniki, takie jak CD4017, dekodery CD4028 i CD4511 oraz przełączniki analogowe, do których należy CD4066.
W tym artykule omawiamy budowę, parametry i zastosowania poczwórnego dwukierunkowego przełącznika analogowego CD4066.
1. Co to jest CD4066?
CD4066 jest układem CMOS z rodziny CD4000. W jednej obudowie zawiera cztery niezależnie sterowane przełączniki analogowe, które mogą przewodzić sygnał w obu kierunkach.
Jeden z układów serii CD4000.
Źródło: Wikipedia.
Cztery dwukierunkowe kanały CD4066 służą do przełączania i multipleksowania sygnałów analogowych oraz cyfrowych, o ile ich napięcie pozostaje w dopuszczalnym zakresie zasilania układu.
2. Konfiguracja pinów.
CD4066 jest 14-pinowym układem scalonym. Poszczególne wyprowadzenia pełnią następujące funkcje:
Piny 1, 3, 8, 11 — zaciski sygnałowe czterech przełączników. Umowne wejścia i wyjścia są elektrycznie zamienne.
Piny 10, 9, 4, 2 — drugie zaciski sygnałowe czterech dwukierunkowych przełączników.
Piny 13, 12, 6, 5 — wejścia sterujące poszczególnych kanałów CD4066.
VCC (pin14) — dodatni pin zasilania układu scalonego.
Masa (pin7) — pin masy układu scalonego.
3. Właściwości
Do najważniejszych cech i parametrów CD4066 należą:
Niska rezystancja kanału w stanie włączenia. Dla opisywanego wariantu podano 5ohm, czyli 5Ω, ale rzeczywista wartość silnie zależy od wersji układu, napięcia zasilania i poziomu sygnału, dlatego trzeba sprawdzić notę katalogową.
Maksymalne napięcie wejścia sterującego rozpoznawane jako poziom niski wynosi 0,9V, natomiast minimalny poziom wysoki to 11V w warunkach, dla których podano te wartości.
CD4066 występuje w 14-pinowych obudowach PDIP, PDSO, GDIP/DIP14, SO14 i TSSOP14. Każda wersja zawiera cztery kanały.
Układ zapewnia dobrą liniowość przełączanego sygnału, wysoki stosunek izolacji między stanem wyłączenia i włączenia oraz wysoką impedancję wejść sterujących.
Odporność na zakłócenia wynosi 0.45 VDD, a przy odpowiednim zasilaniu układ może przełączać sygnał analogowy o amplitudzie ±7.5V.
Zakres temperatury pracy wynosi od -55°C do 125°C.
Zakres napięcia roboczego wynosi od 3V do 18V, a maksymalne napięcie przełączania 20V.
Układ ma szerokość pasma 40 MHz, a każdy kanał odpowiada konfiguracji SPST 1:1.
Symbol SPST
Źródło: Wikipedia.
Przesłuch między czterema przełącznikami wynosi -50Db przy RL równym 1kΩ.
Prąd wyjściowy wynosi 0,4mA, a prąd upływu kanału w stanie wyłączenia jest niski.
Uwaga: CD4066 i CD4016 mają bardzo podobny układ wyprowadzeń, ale różnią się charakterystyką rezystancji kanału. Dla porównywanych wersji podano 200Ω dla CD4016 i 5Ω dla CD4066. Mniejsza i bardziej równomierna rezystancja kanału sprzyja przełączaniu niewielkich sygnałów, na przykład audio; dokładne wartości należy potwierdzić w nocie katalogowej wybranego producenta.
4. Gdzie można użyć CD4066 Quad Bilateral Switch?
Poczwórny przełącznik dwukierunkowy CD4066 często stosuje się do multipleksowania i odłączania torów sygnałowych. Może obsługiwać zarówno sygnały analogowe, jak i cyfrowe, pod warunkiem zachowania dopuszczalnych napięć.
W zakresie roboczym od 3V do 18V często wykorzystuje się nominalne napięcia zasilania 15V, 10V lub 5V. Wartość graniczna może sięgać 20V, ale nie należy traktować jej jako zalecanego napięcia roboczego.
Cztery kanały w jednej obudowie upraszczają prowadzenie sygnałów i pozwalają uzyskać zbliżoną charakterystykę przełączników. Rezystancja w stanie włączenia nie jest jednak idealnie stała — zmienia się wraz z napięciem sygnału i zasilania. Dopuszczalny zakres sygnału wejściowego jest zbliżony do zakresu wyznaczonego przez szyny zasilania.
5. Jak używać CD4066 Quad Bilateral
CD4066 pozwala niezależnie przełączać cztery tory sygnałowe za pomocą cyfrowych wejść sterujących. Po uaktywnieniu danego kanału sygnał analogowy lub cyfrowy może przepływać między jego dwoma zaciskami.
Kanały są dwukierunkowe, dlatego sygnał może przepływać w obu kierunkach.
Każdy przełącznik ma dwa równorzędne zaciski sygnałowe oraz osobny pin sterujący. Określenia „wejście” i „wyjście” wynikają wyłącznie z roli danego kanału w konkretnym obwodzie.
Pin14 łączy się z dodatnią szyną zasilania, natomiast pin7 z masą obwodu.
Logiczna 1 na wejściu sterującym włącza kanał i tworzy między jego zaciskami połączenie o niskiej impedancji. Logiczne 0 wyłącza kanał, a impedancja między zaciskami staje się wysoka.
Zasadę działania ilustruje poniższy obwód wykorzystujący jeden z przełączników CD4066.
Wymagane komponenty elektroniczne
Układ scalony CD4066.
Silnik prądu stałego.
Źródło zasilania z baterii — 12V.
Na uproszczonym schemacie silnik prądu stałego znajduje się w torze przełączanym, a źródło 12V dostarcza energii. W praktyce CD4066 nie powinien zasilać silnika bezpośrednio ze względu na małą obciążalność prądową. Należy użyć tranzystorowego stopnia wykonawczego, który przejmie prąd obciążenia, podczas gdy CD4066 będzie przełączał jedynie sygnał sterujący. Zasilanie samego układu musi mieścić się w zakresie od 5V do 18V przewidzianym dla projektu.
Schemat obwodu wykorzystującego jeden kanał CD4066.
Działanie obwodu
W symulacji brak aktywnego sygnału sterującego wyłącza tor i zatrzymuje silnik. Wysoki poziom logiczny włącza kanał CD4066, a poprzez właściwy stopień wykonawczy uruchamia silnik.
CD4066 nie wzmacnia sygnału ani nie modyfikuje zasilania. Pełni funkcję sterowanego elektronicznie łącznika, dlatego kilka jego kanałów można wykorzystać do budowy multipleksera.
CD4066 Multiplekser 4×1
W drugim przykładzie CD4066 pracuje jako multiplekser cztery do jednego. Cztery tory sygnałowe są dołączane do jednego wspólnego węzła za pomocą osobnych wejść sterujących. Układ sterowania musi zagwarantować, że w danej chwili włączony będzie tylko wybrany kanał.
Sposób połączenia przedstawia poniższy schemat.
Układ multipleksera CD4066
6. Zastosowania
Poczwórny przełącznik dwukierunkowy CD4066 znajduje zastosowanie między innymi w następujących układach:
Filtr martwego pasma,
Obwody próbkujące i wstrzymujące (S&H),
Konwersja sygnałów cyfrowych na analogowe lub analogowo-cyfrowe,
4-wejściowy multiplekser w systemach elektronicznych,
Przełączanie sygnałów analogowych, korekcja fazy oraz cyfrowe sterowanie częstotliwością,
W realizacji bramek logicznych transmisji,
Sterowanie tłumikiem,
Implementacja logiki CMOS,
Modulatory, demodulatory, choppery, przełączniki komutacyjne,
Przełączanie sieci,
Multipleksowanie i przełączanie sygnałów cyfrowych i analogowych, oraz
Proces multipleksowania
Źródło: Wikipedia.
Układy próbkujące i podtrzymujące.
Podsumowanie
CD4066 zawiera cztery niezależne, dwukierunkowe przełączniki analogowe sterowane poziomami logicznymi. Każdy kanał może przewodzić sygnał w obu kierunkach, co ułatwia budowę multiplekserów, układów próbkujących oraz elektronicznych przełączników audio i danych.
Jeśli potrzebujesz pomocy przy doborze przełącznika analogowego lub projekcie PCB z układem CD4066, skontaktuj się z nami.