3.2. Схемы управления аналоговыми ключами

Основными требованиями к схеме управления являются:

- минимальное потребление энергии от источника управляющего сигнала;

- обеспечение достаточного быстродействия;

- развязка (отсутствие влияния) цепи управления и цепей входного и выходного сигналов.

В простейшем случае для управления аналоговыми ключами используется схема с непосредственным управлением (рис. 3.11).

Рис. 3.11

Её достоинствами являются простота, относительно высокое быстродействие и возможность коммутации больших токов и напряжений. Существенным недостатком является отсутствие гальванической развязки между цепью управления и коммутируемой цепью. Поэтому ее лучше применять для ключей на полевых транзисторах (рис. 3.12).

Рис. 3.12

Практически полностью исключить утечки и смещения от цепей управления и снизить зависимость сопротивления замкнутого ключа от коммутируемого сигнала можно, разделив цепи управления и коммутируемые цепи, и таким образом замкнув электрические контуры токов управляющих сигналов вне источников питания коммутируемых цепей.

Простым решением является использование трансформаторной схемы управления ключом (рис. 3.13).

	Если на первичную обмотку трансформатора подан сигнал переменного тока в виде прямоугольных импульсов, то на выходе однополупериодного выпрямителя (диод VD) с фильтром (конденсатор С) появляется напряжение, насыщающее транзисторы VT1 и VT2 – ключ замыкается.
Рис. 3.13

В отсутствие импульсов сигнал коммутируемого источника не может пройти через один из смещенных в обратном направлении переходов. Транзисторы делаются высокоидентичными (у них общая коллекторная область), поэтому происходит почти полная взаимная компенсация помех. Такой ключ может иметь сравнительно малое сопротивление в замкнутом состоянии (50 Ом) и достаточно большое сопротивление в разомкнутом состоянии (> 10 МОм), однако имеет три существенных недостатка:

- достаточно быстрый переход в замкнутое состояние, но относительно медленное размыкание из=за необходимости иметь сравнительно большие емкости фильтра;

- наличие трансформатора, который трудно микроминиатюризировать;

- необходимость формировать импульсный управляющий сигнал.

	Первый недостаток может быть существенно уменьшен путем введения схемы двухполупериодного выпрямления (рис. 3.14). В этой схеме транзисторы будут насыщаться постоянно попадающими на их базы импульсами то от одной вторичной обмотки, то от другой, а конденсатор служит только для
Рис. 3.14

сглаживания выбросов при переключениях, поэтому его емкость может быть выбрана сравнительно небольшой.

Два других недостатка могут быть устранены при использовании оптронной схемы управления (рис. 3.15), реализующей полную гальваническую развязку без использования трансформатора.

	Время переключения такой схемы достигает 10 мкс, когда она предназначена для коммутации сигналов высокого уровня (±10 В), но при коммутации напряжений, меньших 5 В, время переключения может составить менее 1 мкс, так как в ключе могут использоваться транзисторы с тонкими базами.
Рис. 3.15