常用CMOS模拟开关4066/4051/4053功能和原理
开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。 常见的可控开关是继电器，当给驱动继电器的驱动电路加高电信号或低电信号时，继电器就吸合或释放，其触点接通或断开电路。CMOS模拟开关是一种可控开关，它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合，只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。
一、常用CMOS模拟开关引脚功能和工作原理
1.四双向模拟开关CD4066
CD4066的引脚功能如图1所示。每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有送进去、送出、控制三个端子，其中送进去端和送出端可互换。当控制端加高电信号时，开关导通；当控制端加低电信号时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。
2.单八路模拟开关CD4051
CD4051引脚功能见图2。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由送进去的3位地址码ABC来决定。其真值表见表1。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电信号位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，如果模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。
表1
送进去状态 接通通道
INH C B A
0 0 0 0 “0”
0 0 0 1 “1”
0 0 1 0 “2”
0 0 1 1 “3”
0 1 0 0 “4”
0 1 0 1 “5”
0 1 1 0 “6”
0 1 1 1 “7”
1 均不接通
3.双四路模拟开关CD4052
CD4052的引脚功能见图3。CD4052相当于一个双刀四掷开关，具体接通哪一通道，由送进去地址码AB来决定。其真值表见表2。
表2
送进去状态 接通通道
INH B A
0 0 0 “0”X、“0”Y
0 0 1 “1”X、“1”Y
0 1 0 “2”X、“2”Y
0 1 1 “3”X、“3”Y
1 均不接通
4.三组二路模拟开关CD4053
CD4053的引脚功能见图4。CD4053内部含有3组单刀双掷开关，3组开关具体接通哪一通道，由送进去地址码ABC来决定。其真值表见表3。
表3
送进去状态 接通通道
INH C B A
0 0 0 0 cX、bX、aX
0 0 0 1 cX、bX、aY
0 0 1 0 cX、bY、aX
0 0 1 1 cX、bY、aY
0 1 0 0 cY、bX、aX
0 1 0 1 cY、bX、aY
0 1 1 0 cY、bY、aX
0 1 1 1 cY、bY、aY
1 均不接通
5.十六路模拟开关CD4067
CD4067的引脚功能见图5。CD4067相当于一个单刀十六掷开关，具体接通哪一通道，由送进去地址码ABCD来决定。其真值表见表4。
表4
D C B A INH 接通通道
0 0 0 0 0 “0”
0 0 0 1 0 “1”
0 0 1 0 0 “2”
0 0 1 1 0 “3”
0 1 0 0 0 “4”
0 1 0 1 0 “5”
0 1 1 0 0 “6”
0 1 1 1 0 “7”
1 0 0 0 0 “8”
1 0 0 1 0 “9”
1 0 1 0 0 “10”
1 0 1 1 0 “11”
1 1 0 0 0 “12”
1 1 0 1 0 “13”
1 1 1 0 0 “14”
1 1 1 1 0 “15”
1 均不接通
二、典型应用举例
1.单接通钮音量控制器
单接通钮音量控制器电路见图6。VMOS管VT1作为一个可变电阻并接在音响装置的音量电位器送出端与地之间。VT1的D极和S极之间的电阻随VGS成反比变化，因此控制VGS就可实现对音量大小的控制。VT1的G极接有2-3模拟开关S1～S3和一个100μF的电容，其中100μF电容起电压保持作用。由于VMOS管的G极和S极之间的电阻极高，故100μF电容上的电压可长时间基本保持不变。模拟开关S1为电容提供充电回路，当S1导通时，电源通过S1给电容充电，电容上电压不断增高，使VT1导通电阻越来越小，使音量也越来越小。模拟开关S2为电容提供放电回路，当S2导通时，电容通过S2放电，电容上电压不断下降，使音量越来越大。模拟开关S3起开机音量复位作用，开机时，电源在S3控制端产生一短暂的正脉冲，使S3导通，由于与S3连接的电阻较小，故使电容很快充到一定的电压，使起始音量处于较小的状态。F1～F6及其外围元件组成长短脉冲识别电路。静态时，F1、F2送进去为高电信号，当较长时间接通压接通钮开关AN时，F4送出变高，经100k电阻给3.3μF电容充电，当充电电压超过CMOS门转换电压时，F5送出由高变低，F6送出由低变高，模拟开关S2导通，100μF电容放电，音量变大。与此同时，F1送出也变高，也给电容充电，但F1送出的一次正跳变不足以使电容上电压超过转换电压，故F2送出仍为高电信号，F3送出低电信号，模拟开关S1保持截止。当连续接通动接通钮开关AN时，F4送出也不断变化，送出为高时，给电容充电，而送出变低时，电容紧马上很快通过二极管VD3放电，故电容上电压总是达不到转换电压，因此F6送出一直为低。而此时F1送出连续高低变化，经二极管整流不断给电容充电，使3.3μF电容上电压迅速达到转换电压，F2送出变低，F3送出变高，模拟开关S1导通，给电容充电，音量变小。由此，利用一只接通钮开关，实现了对音量的大小控制。
2.四路视频信号切换器
四路视频信号切换器电路见图7。“与非”门YF3、YF4组成脉冲振荡器，振荡频率由100k电位器调整。如果嫌调整范围不够，可适当更换0.47μF电容和100k电阻。脉冲振荡器受YF1、YF2组成的双稳态电路的控制，接通S1时，YF1送出低电信号，脉冲振荡器停振；接通S2时，YF1送出高电信号，脉冲振荡器开始振荡。脉冲振荡器的送出作为CD4017十进制计数器的时钟，使Y0～Y3依次出现高电信号，相应的四个模拟开关依次导通，由Vi1～Vi4送进去的视频信号被依次切换至送出端，完成了四路视频信号的切换。显然，增加一片CD4066可做成八路视频信号切换器，相应地，由Y0～Y7进行模拟开关控制，Y8连至Cr。依此类推，可做成更多路数的视频信号切换器。而且，送进去、送出也可以是其它形式的信号。如要求视频、音频信号同传，则并接上相应数量的模拟开关即可。
3.数控电阻网络
图8示出数字控制电阻网络电阻值大小的电路。在图8中，CD4066的四个独立开关分别并接在四个串接电阻上，电阻的值是接通二进制位权关系选择的。当某个开关接通时，并接在该开关上的电阻被短路，此处假设该电阻阻值RRON（RON为模拟开关的导通电阻）；当某个开关断开时，电阻两端阻值仍保持原阻值不变，此处假设该电阻阻值RROFF（ROFF为模拟开关断开时的电阻）。四个开关的控制端由四位二进制数A、B、C、D控制，因此，在A、B、C、D端送进去不同的四位二进制数，可控制电阻网络的电阻变化，并从其上获得2～16种不同的电阻值。接通图8所给的电阻值，该电阻网络所对应的16种阻值列于表5中。
表5
送进去二进制数 电阻值(MΩ)
D C B A
0 0 0 0 3.75
0 0 0 1 3.50
0 0 1 0 3.25
0 0 1 1 3.00
0 1 0 0 2.75
0 1 0 1 2.50
0 1 1 0 2.25
0 1 1 1 2.00
0 0 0 0 1.75
1 0 0 1 1.50
1 0 1 0 1.25
1 0 1 1 1.00
1 1 0 0 0.75
1 1 0 1 0.50
1 1 1 0 0.25
1 1 1 1 4×RON≈2kΩ
4.音量调整电路
音量调整电路见图9。音频信号由Vi端送进去，经分压电阻R11和隔直电容加到由R1～R10构成的加／减电阻网络。CD40192为十进制加／减计数器，“与非”门YF3、YF4构成低频振荡器，“与非”门YF1、YF2分别为加计数端CPU和减计数端CPD的计数闸门。
当D1端为高电信号时，闸门YF1开通，低频脉冲经YF1加到CD40192的CPU端，使其作加法计数，送出端Q0～Q3数据增大，使16路模拟开关的刀向低端转换，顺序接通R1～R10，接通的电阻增大，经与R11分压后，使送出音频信号Vo增大；当D2端为高电信号时，闸门YF2开通，低频脉冲经YF2加到CD40192的CPD端，使其作减法计数，送出端Q0～Q3数据变小，使16路模拟开关的刀向高端转换，顺序接通R10～R1，接通的电阻变小，经与R11分压后，使送出音频信号Vo变小。
