Перейти к содержанию

Аналоговый ключ

Аналоговый ключ соединяет или разъединяет два вывода по команде логического уровня и пропускает сигнал в обе стороны, как механическое реле. Но у него есть сопротивление в десятки–сотни ом, ограниченный диапазон сигнала и утечка — их учитывают в расчёте.

Обновлено Редакция GAW

Аналоговый ключ (analog switch, bilateral switch) — полупроводниковый переключатель, который по логическому уровню на входе управления соединяет или разъединяет два вывода. Сигнал проходит в обе стороны и может быть как аналоговым, так и цифровым. Классические примеры — CD4066 с четырьмя независимыми ключами и мультиплексоры 74HC4051 и CD4051, где восемь ключей управляются адресом.

Что важно в даташите:

ПараметрCD4066 при 5 В (TI)Что означает
Сопротивление открытого ключа470 Ом типично, до 1050 Омключ — резистор в цепи сигнала
Диапазон сигналаот VSS до VDDсигнал не может выходить за питание ключа
Ток ключадо ±10 мАключ для сигналов, а не для питания нагрузки
Утечка закрытого ключа10 пА типичноошибка на высокоомных источниках
Ослабление закрытого ключа80 дБ при 10 кГцнасколько сигнал просачивается через закрытый ключ

Сопротивление зависит от напряжения питания и сигнала. У CD4066 по TI оно падает с 1050 до 240 Ом (максимум при 25 °C) при росте питания с 5 до 15 В; у быстродействующих 74HC4051 при 4,5 В — до 150–190 Ом. С нагрузкой оно образует делитель: на 10 кОм ключ с 1 кОм теряет около 10 % сигнала. Поэтому за ключом ставят высокоомный вход — ОУ или АЦП.

Падение на ключе. Производители ограничивают и напряжение между выводами открытого ключа: onsemi для MC14066B рекомендует до 600 мВ (300 мВ при высокой температуре) — при большем падении часть тока начинает идти через вывод питания. TI для 74HC4051 даёт тот же предел 0,6 В.

Утечка закрытого ключа создаёт ошибку на источниках с большим сопротивлением: у MC14066B при 15 В — до ±100 нА, на источнике 10 кОм это до 1 мВ.

Чтобы выбрать один сигнал из нескольких, удобнее аналоговый мультиплексор: ключи в нём уже объединены и управляются двоичным адресом. Подробности — в карточках CD4066 и 74HC4051 и CD4051.

Частые вопросы

Чем аналоговый ключ отличается от реле?

Аналоговый ключ — полупроводниковый, без механики: переключается за наносекунды, не изнашивается и почти не потребляет тока управления. Но он пропускает только сигналы в пределах своего питания, имеет сопротивление в десятки–сотни ом и ограниченный ток: у CD4066 по TI — до ±10 мА. Реле коммутирует любое напряжение и большие токи.

Почему сопротивление ключа зависит от питания?

Ключ — это открытые КМОП-транзисторы, и их сопротивление зависит от напряжения на затворах, которое задаёт питание. У CD4066 по TI при 5 В — до 1050 Ом, при 15 В — до 240 Ом. Поэтому при низком питании берут микросхемы серии 74HC: у 74HC4051 при 4,5 В — до 150–190 Ом.

Можно ли пропустить через аналоговый ключ отрицательное напряжение?

Только если отрицательно питание ключа: сигнал должен оставаться между VSS и VDD. Для двухполярного сигнала VSS подключают к минусу, например −5 В. Важно, что пороги управления при этом отсчитываются от VSS, и логический ноль 0 В может не закрыть ключ — это видно по таблице порогов MC14066B.

Источники

  1. Texas Instruments. CD4066B CMOS Quad Bilateral Switch (SCHS051J, revised August 2024) — двунаправленный ключ для аналоговых и цифровых сигналов, сигнал от VSS до VDD; сопротивление при 5, 10 и 15 В — 470, 180 и 125 Ом типично, до 1050, 400 и 240 Ом при 25 °C; утечка 10 пА типично; полоса 40 МГц; ослабление закрытого ключа 80 дБ при 10 кГц; ток ключа до ±10 мА
  2. onsemi. MC14066B: Quad Analog Switch/Quad Multiplexer (MC14066B/D, Rev. 11, August 2025) — сопротивление 250, 120 и 80 Ом типично при 5, 10 и 15 В; рекомендуемое падение на ключе до 600 мВ (300 мВ при высокой температуре), иначе растёт ток питания; утечка до ±100 нА при 15 В; для меньшего сопротивления — HC4066
  3. Texas Instruments. CDx4HC405x, CDx4HCT405x High-Speed CMOS Logic Analog Multiplexer and Demultiplexer (SCHS122O, revised January 2026) — разд. 5.1 — ток через ключ ±25 мА; разд. 5.4 — питание 2–6 В, VCC − VEE до 10 В, падение на ключе до 0,6 В; разд. 5.5 — сопротивление ключа при 4,5 В — десятки ом типично, до 150–190 Ом

Нашли ошибку?

Смотрите также