Elektronikus kapcsoló
Az elektronikus kapcsoló , egyben analóg kapcsoló vagy félvezető- kapcsoló , egy olyan elektronikus áramkör része , amely elektromechanikus kapcsoló funkcióját látja el. Terepi effektusú tranzisztorokat (FET) és bipoláris tranzisztorokat , valamint diódákat használnak kapcsolóelemként . Soros ellenállásokkal kombinálva a bipoláris tranzisztorokat digitális tranzisztoroknak is nevezik a kapcsolási alkalmazásokban . Tágabb értelemben a tirisztorokat és a félvezető reléket is az elektronikus kapcsolók közé számítják.
Tábornok
Az elektronikus kapcsolók sokkal gyorsabban működnek, mint a mechanikus relék vagy a mechanikus kapcsolók, és pattogás vagy kopás nélkül működnek . Hozzájuk képest viszont nagyobb az érintkezési ellenállás bekapcsoláskor, alacsonyabb szigetelési kapacitás pedig kikapcsoláskor.
Bekapcsoláskor az elektronikus kapcsolóknak elektromos csatlakozásuk van a bemenettől a kimenetig, kikapcsolt állapotban a bemenet a lehető legjobban elektromosan el van szigetelve a kimenettől. Mivel az elektronikus kapcsolók kapcsolási ideje lényegesen rövidebb, mint egy nanomásodperc tartományban, elsősorban gyorskapcsolóként használják őket az analóg jelfeldolgozás területén . Ilyenek például a kapcsolóelemek az analóg-digitális átalakítók mintavételi és visszatartó áramköreiben , vagy jelek kapcsolási mátrixokban történő kapcsolása.
Az elektronikus kapcsoló elektromos tulajdonságait a következő értékek jellemzik:
- Előre irányuló ellenállás (általában ≤ 100 Ω)
- Blokkolási ellenállás (általában ≥ 1 MΩ)
- Feszültségtartomány, amelyben a bemeneti feszültséget torzítás nélkül továbbítják.
- Kapcsolási idő (általában kevesebb, mint 1 µs)
- Digitális vezérlés típusa - sok esetben TTL és CMOS- kompatibilis vezérlőjel.
Az analóg kapcsolók esetében a következő értékeket is megadják:
- a kapcsolási út elektromos kapacitása az áramkör többi részéhez
- A kapcsolási folyamat során az aktiválás miatt kicserélt elektromos töltés; Ennek a lehető legkisebbnek kell lennie, mert interferenciafeszültség-impulzushoz vezet a jelvezetéken
Típusok
Terepi tranzisztorok kapcsolóként
.svg)
Terepi tranzisztorok esetén, ha a lefolyóforrás közötti feszültség alacsony, a lefolyóforrás közötti ellenállást lineárisan lehet szabályozni a kapu-forrás csatlakozások közötti feszültségen keresztül. Ez a viselkedés alkalmazható elektronikus kapcsolókban.
A szomszédos áramkörben a JFET bekapcsol egy U St vezérlőfeszültséggel, amely megegyezik a lehető legnagyobb pozitív bemeneti feszültséggel. Kikapcsolt állapotban van, mivel az U St vezérlőfeszültség néhány volt alatt van a legalacsonyabb bemeneti feszültség alatt. A vezérléshez ezért további, nem ábrázolt szintszabályozókra van szükség, amelyek például a töltőszivattyúból vonják le a szükséges vezérlőfeszültségeket .
Ha JFET helyett fém-oxid-félvezető mező hatású tranzisztorokat (MOSFET) használunk kapcsolóként, amint azt a CD4066 egyszerűsített áramkörének második áramköre mutatja, akkor nincs szükség a szükséges vezérlőfeszültségek előállítására. Ehhez párhuzamosan két MOSFET-et kell biztosítani, egy n és egy p csatornát. Ez egy úgynevezett átviteli kaput képvisel: Ezt az elektronikus kapcsolót U St = U b pozitív feszültség kapcsolja be és U St = 0 V kapcsolja ki . A bemeneti feszültségnek a vezérlőfeszültséghez viszonyított szintjétől függően vagy az n-csatornás MOSFET bekapcsolt állapotban vezet, ez a helyzet alacsony bemeneti feszültséggel, legfeljebb U b / 2, és a p-csatornás MOSFET felett.
Diódák kapcsolóként
A diódák magas blokkolási ellenállásuk és viszonylag alacsony előreállási ellenállásuk miatt elektronikus kapcsolóként is alkalmasak. A kapcsolási műveletek elfogultak, és megfelelő diódákkal nagyon gyors kapcsolókat tesznek lehetővé 1 GHz feletti kapcsolási frekvenciákkal. Erre a célra a tényleges kapcsoló diódák egy úgynevezett híd áramkörben vannak elrendezve, amint azt a szomszédos áramkör 4D jelzi. Amikor bekapcsolt, a négy diódák vannak feszítve a két konstans áram forrásból I midőn a vezérlő feszültség U s értéke pozitív. Ebben az esetben a kimeneti feszültség U jelentése megegyezik a bemeneti feszültség U e .
Kikapcsolt állapotban ez negatív U s vezérlőfeszültség esetén van , a két állandó áramforrás I áramát a két további D 'diódán keresztül elterelik, aminek következtében a hídblokkban található négy dióda. A kimenet így nagy ellenállással van elválasztva a bemenettől.
A diódáknak kicsi csatlakozási kapacitással és alacsony differenciálellenállással kell rendelkezniük a vezető esetben. A második követelmény viszonylag nagy áramot igényel előrefelé, mivel a dióda differenciális ellenállása fordítottan arányos az árammal. Alacsonyabb differenciálellenállás nagy frekvenciák esetén is elérhető, ha a diódában lévő töltőhordozók élettartama elég hosszú, mint a tűdiódánál . Emiatt a tűdiódákat DC- vezérelt HF kapcsolóként is használják .
irodalom
- Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Félvezető áramköri technológia . 12. kiadás. Springer, 2002, ISBN 3-540-42849-6 . Berlin