UC1 R 11 Ui1 -20V R 21 T1 +4V T8 T1 Uo
Ui8
. . .
-20V
R 28 UC8 R 18 T8 +4V
绝缘栅场效应管多路开关
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模拟多路开关
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
集成电路开关 工作原理如下： 工作原理如下：
G
D
N沟道增强型 沟道增强型
P沟道增强型 沟道增强型
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构 可分为： 可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
CMOS 信号 电压
PMOS和NMOS结合可以构成 CMOS(互补对称MOS： Complementary Metal-OxideSemiconductor Transistor 互 补型金属氧化物半导体)
通道选择8 通道选择8 通道选择1 通道选择1 Ui8 Ui1 VDD R 21 U C1 R 11 T1 Uo
. . .
T1 T8
VDD R 28 UC8 R 18 T8
截止， 当UC1 =0时，T1′截止，T1也截 时 路输入信号被切断。 止，第1路输入信号被切断。 路输入信号被切断
结型场效应管多路开关
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关 集成电路开关是将场 集成电路开关是将场 效应管、地址计数器、 效应管、地址计数器、 译码器及控制电路等 集成制造在一块芯片 上而构成的器件。 上而构成的器件。
电子式： 电子式：
机电式： 机电式：
电子多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅 电子多路开关由于是一种集成化无触点开关， 寿命长、体积小，而且对系统的干扰小。 寿命长、体积小，而且对系统的干扰小。
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为： 双极性晶体管开关
C C B E E
场效应晶体管开关
B
结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
NPN
PNP
双极型晶体管
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
特点： 特点：除了具有场效 应管的特性之外， 应管的特性之外，还 具有体积小、 具有体积小、使用方 便等优点。 便等优点。
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
双极型晶体管开关
模拟信号1 模拟信号1 R21
+15V VDD
Ui1
T1
Uo
其工作原理如下： 其工作原理如下：
CMOS型场效应管开关 型场效应管开关 的优点： 的优点：
导通电阻RON随信号电 导通电阻RON随信号电 RON 压变化波动小； 压变化波动小；
PMOS RON NMOS
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构 可分为： 可分为： 双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
为例， 以CD4051为例，测试发现：CD4051的RON随电源电压和输入模拟电 为例 测试发现： 的 压的变化而变化。 压的变化而变化。当VDD=5V、VEE=0V时，RON=280Ω，且随 i的 、 时 ，且随V 变化突变； 变化突变；当VDD>10V、VEE=0V时，RON=100Ω，且随 i的变化 、 时 ，且随V 缓变。可见，适当提高CD4051的VDD有利于减小 ON的影响。 有利于减小R 的影响。 缓变。可见，适当提高 的 有利于减小
双极型晶体管开关电路
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
场效应管开关 ① 结型场效应管开关 工作原理如下： 工作原理如下：
设选择第1路信号。则令通道 设选择第 路信号。 路信号 控制信号U 控制信号 C1=1，开关控制管 ， T1′导通，集电极为低电平， 导通， 导通 集电极为低电平， 场效应管T 导通， 场效应管 1导通，UO=Ui1。
通道选择1
UC1
R11
T1
设选择第1路模拟信号。 设选择第 路模拟信号。则 路模拟信号 令通道控制信号U 令通道控制信号 C1= 0，晶 ， 体管T 截止， 体管 1′截止，集电极为高 电平，晶体管T 导通， 电平，晶体管 1导通，输 入信号电压U 被选中。 入信号电压 i1被选中。 同理， 同理，当令通道控制信号 UC2= 0 时，则选中第 路模 则选中第2路模 拟信号， 拟信号， UO = Ui2。
Ui8
. . .
T1 T8
VDD R 28
为分立元件， 缺点： 为分立元件，需专门 缺点： UC8 的电平转换电路驱动， 通道选择8 的电平转换电路驱动， 通道选择8 使用不方便。 使用不方便。
R 18
T8
结型场效应管多路开关
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
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模拟多路开关
3.1 概述
多路开关： 多路开关：
电子多路开关根据结构可分为： 电子多路开关根据结构可分为：
绝缘栅型场效应管 N沟道耗尽型 沟道耗尽型 P沟道耗尽型 沟道耗尽型
D G S D G G S S S D
双极性晶体管开关 场效应晶体管开关 结型 绝缘栅型(MOS) 绝缘栅型 集成电路开关
D0 D1 D2 D3 A1 A2 四选一多路开关 Y
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3.1 概述
多路开关： 多路开关：
类型： 类型：
机电式：用于大电流、高电压， 机电式：用于大电流、高电压，低 速切换场所； 速切换场所； 电子式：用于小电流、低电压， 电子式：用于小电流、低电压，高 速切换场所。 速切换场所。
. . .
Ui8 模拟信号8 模拟信号8 R28 UC8 通道选择8 R18 T8
+15V
T8
……
双极型晶体管开关电路
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 1. 多路开关工作原理
双极型晶体管开关
模拟信号1 模拟信号1 Ui1 T1 R21 UC1 通道选择1 R11 T1
四位计数器
23 22
21 20
集成多路开关
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模拟多路开关
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 2. 多路开关的主要指标
RON：导通电阻； 导通电阻； 多路开关的导通电阻R 一般为数10Ω 1kΩ左 10Ω至 多路开关的导通电阻 ON（一般为数10Ω至1kΩ左 比机械开关的接触电阻（一般为mΩ量级） mΩ量级 右）比机械开关的接触电阻（一般为mΩ量级）大 得多， 得多，对自动数据采集的信号传输精度或程控制 增益放大的增益影响较明显。 增益放大的增益影响较明显。 而且R 随电源电压高低、 而且 ON随电源电压高低、传输信号的幅度等的变 化而变化，因而其影响难以进行后期修正。 化而变化，因而其影响难以进行后期修正。 实践中一般是设法减小R 来降低其影响。 实践中一般是设法减小 ON来降低其影响。
场效应管开关 ② 绝缘栅场效应管开关 其工作原理与结型场效 应管多路开关类似。 应管多路开关类似。
开关切换速度快， 开关切换速度快，导通电 优点： 优点： 阻小， 阻小，且随信号电压变化 波动小； 波动小；易于和驱动电路 集成。 集成。 衬底要有保护电压， 沟 衬底要有保护电压，P沟 缺点： 缺点： 道加正电压， 沟道加负 道加正电压，N沟道加负 电压。 电压。
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3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标 2. 多路开关的主要指标
RON：导通电阻； 导通电阻； RONVS：导通电阻温度漂移； 导通电阻温度漂移； IC：开关接通电流； 开关接通电流； IS ：开关断开时的泄漏电流； 开关断开时的泄漏电流； CS：开关断开时，开关对地电容； 开关断开时，开关对地电容； COUT：开关断开时，输出端对地电容； 开关断开时，输出端对地电容； tON：选通信号EN达到50%这一点时到开关接通时的延 选通信号EN达到50% EN达到50%这一点时到开关接通时的延 迟时间； 迟时间； tOFF：选通信号EN达到50%这一点时到开关断开时的 选通信号EN达到50% EN达到50%这一点时到开关断开时的 延迟时间； 延迟时间； tOPEN：开关切换时间，即当两个通道均为断开时， 开关切换时间，即当两个通道均为断开时， 开关从一个通道的接通状态转到另一个通道 的接通状态并达到稳定所用的时间。 的接通状态并达到稳定所用的时间。
设选择第1路信号。 设选择第 路信号。则计算机输 路信号 出一个4位二进制码 位二进制码， 出一个 位二进制码，把计数器 置成0001状态，经四-十六线译 状态， 置成 状态 经四码器后， 根线输出高电平， 码器后，第1根线输出高电平， 根线输出高电平 场效应管T 导通， 场效应管 1导通，UO= Ui1，选 路信号。 中第1路信号 中第 路信号。
PMOS和NMOS结合可以构成 CMOS(互补对称MOS： Complementary Metal-OxideSemiconductor Transistor 互 补型金属氧化物半导体)