Коммутатор сигналов на микросхеме к561кп1 схема включения
В приемнике "Урал-авто" есть линейный вход усилителя НЧ, который коммутируется обычным механическим переключателем. Хочется попробовать применить электронный коммутатор на базе микросхемы К1561КТ3.
Электронные ключи имеют как серъезные недостатки, так и полезные достоинства. К недостаткам можно отнести как конечное сопротивление открытого, так и совсем не бесконечное сопротивление закрытого ключа, а также дополнительные, пусть как правило и небольшие, вносимые ключом нелинейные искажения.
Достоинства заключаются в небольших габаритах, очень низком энергопотреблении и у некоторых серий ключей — широкий диапазон питающих напряжений (от 3 до 15 В).
Вот последнее (низкое потребление и питание от 3 вольт) меня на данном этапе и заинтересовало, поэтому посмотрим на параметры ключа К1561КТ3 при включении его как коммутатора аналоговых сигналов. Для этого соберем схему, показанную на рис. 1.
Первая неожиданность — при разомкнутом ключе переменное напряжение в КТ2 равно напряжению в КТ1 (рис. 2), хотя практически во всех описаниях ключей КТ3 указано, что при разомкнутом канале его вход замыкается на общий провод, даже приводится схема с дополнительными полевыми транзисторами на входе. Возможно в аналоге (4066А) так и есть, однако в том экземпляре КТ3 явно никакого соединения входа с землей не наблюдается. Используемый мной экземпляр микросхемы приведен на рис. 3.
Рис. 2. Форма сигнала в контрольной точке КТ2 при закрытом ключе. Рис. 2. Форма сигнала в контрольной точке КТ2 при закрытом ключе.При закрытом ключе на выходе (КТ3) наблюдается переменное напряжение около 0,5. 0,6 мВ и частотой 1000 Гц, т. е. сопротивление закрытого ключа около 100 МОм.
При открытом ключе напряжения Uкт2 = Uкт3 = 938 мВ, форма сигнала приведена на рис. 4. Это, конечно, не значит, что сопротивление ключа в открытом состоянии равно 0, просто точности имеющегося осциллографа нехватает для измерения. С помощью мультиметра удалось получить примерную величину сопротивления открытого канала, которое составило около 500. 600 Ом.
Следует отметить, что при уменьшении сопротивления нагрузки заметно увеличиваются нелинейные искажения при напряжении питания 3 В. Например, на рис. 5 приведена форма выходного сигнала при R3 = 4,7 кОм.
Рис. 5. Форма сигнала на выходе при нагрузке 4,7 кОм и напряжении питания ключа 3 В. Рис. 5. Форма сигнала на выходе при нагрузке 4,7 кОм и напряжении питания ключа 3 В.Искажения пропадают при увеличении напряжения питания ключа до 5 В. Т. к. предполагаю использовать коммутатор в приемнике, где нагрузкой для ключа будет служить регулятор громкости сопротивлением 47 кОм, то проблем даже при питании 3 В возникнуть вроде не должно.
И все же схема рис. 1 неудачная. И увидеть это можно, если увеличить емкость конденсаторов C1 и С2 хотя бы до 1 мкФ. Тогда, при закрытом ключе, на выходе появляется помеха, показанная на рис. 6.
Рис. 6. Помеха на выходе закрытого ключа при емкости С1 = 1 мкФ. Рис. 6. Помеха на выходе закрытого ключа при емкости С1 = 1 мкФ.Причем кривая "плавает" — есть моменты, когда эта помеха на выходе даже пропадает. Связано появление помехи на выходе с тем, что аналоговый сигнал — двуполярный, т. е. в зависимости от действующего на данный момент заряда на конденсаторе С1, на входе закрытого ключа может появиться отрицательная (относительно общего провода) полуволна входного переменного напряжения, что и приводит к паразитному срабатыванию ключа и появлению помехи на выходе.
Поэтому правильнее "подтянуть" вход ключа примерно к половине напряжения питания (просто "подвесить" его к 3 вольтам нельзя — ключ может срабатывать уже от положительной полуволны). Тогда, при входном напряжении меньше этого смещения, потенциал входа будет оставаться в пределах напряжения питания микросхемы и, соответственно, паразитного срабатывания ключа не будет. Схема приведена на рис. 7.
В таком включении помеха на выходе закрытого ключа появляется только при достижении размаха входного аналогового сигнала (от пика до пика) 3,5 вольт (1,2 В действующего).
Конечно, такое схемное решение имеет ряд недостатков: 1) на каждый аналоговый вход надо ставить пару резисторов, 2) эти резисторы снижают входное сопротивление усилителя (хотя просто можно поставить резисторы бОльшего номинала), 3) через делитель на вход усилителя могут проникать помехи по цепям питания от самого ключа.
Впрочем, последний недостаток можно устранить (или снизить его влияние), если подключить делитель не к питанию ключа, а к выходу 2,5-вольтового стабилизатора, который был описан ранее (в этом случае, возможно, удастся обойтись всего одним резистором, "подтягивающим" вход ключа к 2,5 В). Что же касается остальных недостатков — на мой взгляд отсутствие помех вполне окупает расход резисторов.
Теперь надо переходить к следующему этапу — подключению ключа к контроллеру. Но об этом — в другой раз.
На прошлом занятии мы рассмотрели простые одноразрядные мультиплексоры, входящие в состав микросхем К561КТЗ и К176КТ1. Напомню, что эти микросхемы содержат по четыре аналоговых ключа, которые "замыкают" свои виртуальные контакты при подаче на управляющий вывод логической единицы, и "размыкают" при подаче на этот вывод нуля.
На прошлом занятии мы рассмотрели простые одноразрядные мультиплексоры, входящие в состав микросхем К561КТЗ и К176КТ1. Напомню, что эти микросхемы содержат по четыре аналоговых ключа, которые "замыкают" свои виртуальные контакты при подаче на управляющий вывод логической единицы, и "размыкают" при подаче на этот вывод нуля.
Кроме таких простых одноразрядных мультиплексоров есть и многоразрядные, которые представляют собой электронные переключатели на несколько положений, а номер положения зависит от двоичного кода, поступающего на управляющие двоичные входы.
Одна из таких микросхем — мультиплексор на два направления и четыре положения К561КП1 (рисунок 1). Микросхема имеет стандартный 16-выводный корпус и содержит два раздельных переключателя на четыре положения каждый, имеющий "одну ручку" — один управляющий двухразрядный вход (выводы 10 и 9), на который подается двоичный код номера положения переключателей. Например, если нужно выбрать положение "0", то на выводы 10 и 9 подаются нули и в микросхеме возникает две электрические связи: одна между выводами 12 и 13, и вторая между выводами 1 и 3. Если нужно положение "1" на выводы 10 и 9 подается код числа "Г — 01 (0 - на вывод 10, 1 — на 9). При этом возникают связи, одна между выводами 14 и 13 и, вторая, между выводами 5 и 3. Если требуется положение "2", то и код на выводы 10 и 9 подается числа "2" — 10 (1 - на вывод 10, 0 - на вывод 9), а связи возникают между выводами 14 и 13 и между выводами 2 и 3. И последнее положение "3" (код 11, на оба вывода 10 и 9 подаются единицы), при этом возникают электрические связи между выводами 11 и 13 и между выводами 4 и 3. Таким образом, меняя код на управляющих входах (выводы 10 и 9) от "00й до "11" можно переключать два переключателя (мультиплексора) микросхемы на четыре положения — "0", "1', "2" и "3".
Еще есть вывод 6, это вывод полного отключения. Если на этот вывод подать единицу сразу же прекращаются все электрические связи между выводами "переключателей" микросхемы.
Обратите внимание, — питание подается на три вывода, на вывод 16, как обычно, поступает плюс питания, на вывод 8 - минус (то есть общий провод питания). Но есть еще и вывод 7. на который должно подаваться либо отрицательное, по отношению к общему проводу, напряжение, либо вывод 7 соединяют с выводом 8 и оба соединяют с общим минусом. Получается, что микросхема К561КП1 может питаться от двуполярного источника питания (например как операционный усилитель). Дело в том, что мультиплексоры серии К561 могут переключать любые аналоговые или цифровые сигналы, но при одном условии — амплитуда этих сигналов не должна выходить за пределы напряжения питания. То есть, если питать микросхему только положительным напряжением, то и сигнал, который она коммутирует должен быть положительным. А если микросхема используется в электронном переключателе входов стереоусилителя, тогда на её ключи будут поступать, синусоидальные сигналы, не имеющие постоянной составляющей. И получится так, что положительная полуволна синусоиды будет проходить через мультиплексор без искажений, а отрицательная будет искажаться, поскольку она окажется за пределами питающего напряжения микросхемы. Именно для того, что исключить такие искажения в микросхеме К561КП1 имеется возможность двуполярного питания. На её вывод 7 нужно подать отрицательное, по отношению к общему проводу (к выводу 8), напряжение и искажений не будет. Поскольку большинство стерео- усилителей содержат операционные усилители, которые питаются двуполярным напряжением, то проблем с установкой такого переключателя входов не возникает.
Чтобы лучше разобраться в том как работает микросхема К561КП1 посмотрите на её упрощенную внутреннюю схему (рисунок 2). Можно сказать, что микросхема содержит десять аналоговых ключей, вроде тех, что входят в состав микросхемы К561КТЗ (занятие №12). Четыре из этих ключей объединены в переключатель на четыре положения X, четыре других образуют переключатель на четыре положения Y. Еще два ключа служат для разрыва связей с выводами X и Y при подаче логической единицы на вход S.
Управляет переключателями десятичный дешифратор, имеющий два входных двоичных разряда и четыре десятичных выхода.
Для экспериментов с микросхемой К561КП1 соберите схему, показанную на | рисунке 3. Прибор Р1 это мультиметр или | АВО-метр, переключенный в режим i измерения сопротивления. На схеме 1 показан только один переключатель i микросхемы - X. Тумблеры S1 и S2 служат | для установки двоичного кода номера i положения переключателя. При замкнутом | тумблере на вывод микросхемы поступает у i логическая единица через его контакты, а "" | при разомкнуктом — логический нуль i через один из резисторов R1 и R2. ! Тумблер S3 служит для полного отключе- | ния переключателя, когда его контакты i замкнуты (на вывод 6 поступает единица) j между выводами переключателя (мульти- i плексора) микросхемы связи не возникают j (отключается вывод 13 от внутренних i ключей микросхемы). При разомкнутом S3 | на вывод 6 через R3 поступает 0 и i мультиплексор функционирует. | Устанавливая тумблеры S1-S3 в различные положения последите за тем каким образом происходит переключение между выводом 13 и выводами 12, 14, 15 и 11.
Если дополнить схему двоичным счетчиком, с выходов которого подавать двоичные коды на входы управления микросхемы К561КП1 (выводы 10 и 9), а на вход этого счетчика подать импульсы от мультивибратора, можно получить переключатель, который будет работать по кругу, последовательно переключать вывод "X" на выводы "Х0", "ХГ, "Х2", "ХЗ" и далее снова по кольцу "Х0", "Х1".
Сопротивление одною "переключателя" мультиплексора К561КП1 в замкнутом (открытом) состоянии лежит в пределах 120-300 Ом, в разомкнутом (закрытом) стремится к бесконечности. Максимальная сила тока, которую выдерживают "виртуальные контакты" не более 5 тА.
Вторая микросхема аналогичного назначения К561КП2, она имеет точно такие же электрические параметры, такую же систему питания, но отличается тем, что вместо двух переключателей (мультиплексоров) на четыре положения она содержит один на восемь положений (рисунок 4). Переключение происходит между выводом 3 и выводами 13, 14, 15, 12. 1, 5, 2, 4. Управление по трехразрядному двоичному коду, который поступает на выводы 11, 10 и 9. Код от "000" ("О") до "111" ("7"). Разобраться с функционированием микросхемы поможет упрощенная развернутая схема (рисунок 5). В ней есть девять одиночных ключей (типа ключей микросхемы К561КТЗ), но включены иначе, чем в К561КП1. В микросхеме К561КП2 восемь из них работают в переключателе на восемь положений, а один служит для полного отключения вывода X от этого переключателя. Управление производится при помощи дешифратора с тремя входами, рассчитанного на подачу на его входы двоичных кодов от "ООО" до "111'. Дешифратор имеет восемь десятичных выходов, единица появляется на том из них, номер которого в десятичной системе соответствует поданному на входы двоичному коду. Например, если на входах "1, 2, 4" будет "001" то единица будет только на выходе "1" дешифратора, а если "010" то только на выходе "2". По внутренним связям микросхемы К561КП2 единицы с выходов внутреннего дешифратора поступают на управляющие входы восьми ключей (при коде "001" будет открыт второй сверху, по схеме, ключ, и возникнет электрическая связь между выводами Х1 и X, а если будет код "010", то откроется третий сверху, по схеме, ключ, и возникнет связь между выводами Х2 и X).
Вывод S служит для отключения вывода X, если на вывод S подать единицу выходной ключ микросхемы закроется и мультиплексор не будет функционировать (ни при каких кодах на управляющих входах не будет возникать связь между выводами Х0-Х7 и выводом X). Если на S подать нуль выходной ключ откроется и мультиплексор будет работать.
Для экспериментов с микросхемой К561КП2 соберите схему, показанную на рисунке 6. Прибор Р1 это мультиметр или АВО-метр переключенный в режим измерения сопротивления. Тумблеры S1-S3 служат для установки двоичного кода номера положения переключателя на управляющем входе микросхемы. При замкнутом тумблере на вход микросхемы поступает единица через контакты тумблера, а при разомкнутом — нуль через один из резисторов R2-R4. Тумблером S4 меняется уровень на входе S, когда этот тумблер замкнут на вход S (вывод 6) поступает единица и вывод 3 отключается от мультиплексора. Когда S4 разомкнут на вывод б через резистор R1 поступает нуль и вывод 3 подключен к "движку" переключателя на восемь положений.
Экспериментируя с микросхемами КМОП мы подвергаем их выводы многократной пайке, но микросхемы к этому не приспособлены и могут выйти из строя. Чтобы продлить "жизнь" этих микросхем нужно пользоваться макетной печатной платой, такой как показана на рисунке. На плате устанавливается микросхема (или панелька под микросхему, чтобы микросхемы можно было менять), припаивается один раз, а все пайки ео время экспериментов делаются к широким круглым площадкам по краям платы.
Эта схема может работать как термостат, если на выходе подключить устройство, включающее питание нагревателя, или как индикатор снижения температуры, если на выходе подключить сигнальное устройство.
Особенность схемы в том. что она построена не на компараторе или операционном усилителе, как это делается обычно, а на микросхеме К561КП1, представляющей собой двойной цифро- аналоговый мультиплексор. Напомню, что микросхема К561КП1 содержит два электронных переключателя на четыре положения, работающих синхронно и управляемых двухразрядным двоичным кодом, подаваемым на управляющий вход. Положение переключателей задается этим цифровым кодом. При этом каждый переключатель состоит из четырех каналов, с одной стороны объединенных на один вывод, а с другой стороны выведенных на четыре вывода микросхемы.
При этом, открываются ключи ХО-Х и Y0-Y микросхемы. Ключ ХО-Х подключает параллельно резисторам R2 и R3 сопротивление R4, чтобы утвердить логический ноль на выводе 9 D1, и создать необходимый для работы термостата гистерезис (эффект триггера Шмитта). В то же время открывается и канал Y0-Y и замыкает какое-то внешнее устройство. Например,
через этот канал может быть подано открывающее напряжение на базу или затвор ключевого транзистора, в коллекторной или стоковой цепи которого включен нагреватель или реле, управляющее нагревателем.
Либо, этот канал можно подключить, например, параллельно кнопке гарнитуры сотового телефона, чтобы при понижении температуры ниже критической телефон звонил по последнему входящему, чтобы предупредить Вас об этом. В данной схеме используется терморезистор R1 фирмы Vishay, типа NTCLE203E2 номинальным сопротивлением 100 кОм. В таблице 1 приведены значения сопротивления данного терморезистора при различных температурах.
Как видно, сопротивление его очень существенно зависит от температуры, например, при температуре -25°С его сопротивление около 1.4 МОм. а при температуре +25°С сопротивление 100 кОм. Вместо терморезистора на 100 кОм, можно использовать и на другое номинальное сопротивление, но при этом потребуется соответствующим образом изменить емкость С1, чтобы сохранить необходимые пределы регулировки. Микросхему К561КП1 можно заменить зарубежными аналогами.
Переключение входов осуществляется при помощи двойного мультиплексора на К561КП1. Управление всего одной кнопкой S1, при помощи которой происходит перебор входов по кольцу. Управляется мультиплексор двоичным счетчиком (один из счетчиков микросхемы К561ИЕ10). В момент включения питания счетчик D2 конденсатором С11 устанавливается в нулевое положение. При этом на его выходах код «00», и открываются первые каналы мультиплексора D1. Подключается первый вход.
То есть, по умолчанию, включен первый вход. Чтобы перейти на другой вход нужно изменить состояние счетчика D2. Для этого служит кнопка S1. Каждое её нажатие и отпускание приводит к увеличению состояния выхода на единицу. Достигнув 3-х (11) возвращается в нулевое положение. В результате происходит переключение входов по кольцу. Цепь R7-C12 служит для подавления помех от дребезга контактов кнопки из-за которого однократное нажатие может приводит к непредсказуемому числу переключений.
Особенность схемы мультиплексоров К561 КП1 в том, что каналы должны быть под напряжением не более 15V и в том, что для получения минимальных искажений сигнала, уровень сигнала должен быть где-то посредине между нулем и +15V, либо на вывод 7 нужно подавать отрицательное напряжение смещения, причем такое, чтобы разность потенциалов между выводами 7 и 16 была не более 15V. Либо нужно подать некий положительный потенциал на сам канал. Здесь используется именно такой способ. Выводы 13 и 3 D1 непосредственно соединены с базами транзисторов. И, следовательно, находятся под постоянными напряжениями смещения баз этих транзисторов.
Таким образом достигается оптимальный режим работы при однополярном напряжении питания.
Индикация выбранного входа - светодиодная. Индикаторные светодиоды HL1-HL4 переключаются второй микросхемой К561КП1 (D3), которая работает как десятичный дешифратор. Ток через светодиоды ограничен резистором R9.
Микросхемы можно заменить аналогами серий К561, КР561, К564 или CD40. Светодиоды - любые индикаторные.
Читайте также: