Для трансивера. Переключение сигнала с HEF4066ВТ.

В моем будущем трансивере хоть и немного, но есть переключатели. Они должны переключать аналоговые сигналы. Проще всего было бы поставить релюшки, но обмотки релюшек кушают довольно много энергии, так как все время, пока они включены, для удержания якоря по обмотке должен течь ток.

Вторым вариантом может быть переключение с помощью диодов, как делается, например, в моем FT857. Но для удержания диода в открытом состоянии тоже требуется энергия, иногда не меньше, чем для реле.

Третий способ - использование интегральных транзисторных ключей, в которых используются полевые транзисторы. Вот я и решил попробовать это решение, благо микросхемы HEF4066ВТ у меня есть в количестве 10 шт. Есть одна 74НС4066. Из отечественных к ним ближе всего 561КТ3, которая имеет ту же логику работы, но менее высокочастотная.

Как же устроены эти ключи? Заглядываем в даташит.

Рис. 1. Из даташита

На затворы комплементарных пар полевых транзисторов, что обеспечивает двухстороннее прохождение сигнала, подается управляющее напряжение с выходов инверторов. На вход nE для открывания ключа подается высокий логический уровень. Сигнал может проходить как от nY к nZ, так и от nZ к nY.

Для коммутации цифрового сигнала ничего кроме ключа не нужно, а вот для коммутации аналогового ключа нужно кое-что добавить, а именно, на вход nY подать положительное смещение, величина которого примерно равна половине напряжения питания. А напряжение питания может быть от 5 до 15 В.

Пробую работу одного элемента.

Рис. 2.

Собрал все на куске фольгированного текстолита методом "дохлого жучка", расположив микросхему вверх выводами.

Рис. 3.

На первом этапе я не подключал к выходу ключа сопротивление нагрузки R5, а просто "повесил" на вывод 2 щуп канала осциллографа с закрытым входом (с разделительным конденсатором). Второй канал осциллографа подключил к входу (левый вывод С2), куда подавал также сигнал от генератора. При отключенном питании сигнал с входа проникал на выход.

Рис. 4. Вверху сигнал на выходе, внизу - на входе ключа.

Подключаю питание +4 В (один элемент Li-ion).

Рис. 5.

Проникновение сигнала уменьшилось, но все-таки имеет место быть. Соединяю вывод управления с плюсом питания.

Рис. 6.

Сигнал проходит с входа на выход без искажений и ослабления. Подключаю к выводу 2 сопротивление нагрузки. В закрытом состоянии ключ практически полностью разрывает цепь, но, во-первых, появляются потери сигнала, а во-вторых, при уровне сигнала выше 500 мВ появляются искажения.

Рис. 7.

Попробую увеличить частоту сигнала до 1 МГц.

Рис. 8.

Закрытый ключ сигнал не пропускает.

Рис. 9.

А в открытом потери выше. чем на частоте 1 кГц. Увеличиваю частоту до 5 МГц и закрытый ключ начинает пропускать сигнал.

Рис. 10.

Тенденция понятна. Поэтому в место одного аккумулятора подключаю два (8 В). Увеличилась амплитуда неискаженного сигнала, который можно пропустить через ключ, а также потери в ключе.

Рис. 11.

Проникновение сигнала через закрытый ключ осталось практически неизменным. Подключаю параллельно ключу еще один параллельно, соединяя параллельно выводы 1 и 3, 2 и 4, 13 и 5. Напряжение питания - 8 В.

Рис. 12.

Как видно, подавление сигнала на выходе более 50 раз (да еще шумы мешают), т.е. более 30 дБ. На частоте 19 МГц подавление меньше.

Рис. 13.

Всего почти в 30 раз (чуть меньше 30 дБ). Потери же на открытых ключах меньше. чем на одном ключе.

Рис. 14.

Как же еще снизить просачивание сигнала через закрытый ключ? Попробую-ка уменьшить сопротивление R5 до 510 Ом.

Рис. 15.

Теперь затухание на частоте 1 кГц уж точно больше 40 дБ, т.е 100 раз. А вот для частоты 10 МГц - меньше.

Рис. 16

Потери сигнала в открытом ключе стали немного больше.

Рис. 17.

Какой - же вывод можно сделать? Эта микросхема вполне подходит для переключения сигналов звуковых частот. Для корректной работы ключа с аналоговым сигналом на его вход нужно подавать смещение, причем чем оно больше, тем лучше закрывается ключ. Его максимальное значение может быть равно напряжению питания минус удвоенная амплитуда максимального сигнала, который будет коммутироваться. Половина напряжения питания позволяет особенно не задумываться о режимах.

Сопротивление резисторов R1 и R2 может быть в пределах 1 - 10 кОм, в зависимости от напряжения питания. А вот с напряжением питания не все просто. С одной стороны, его нужно делать побольше, например 12 В. При этом потери в открытом ключе будут меньше, а затухание в закрытом состоянии - больше. Но дело в том, что величина управляющего сигнала должна быть близкой к напряжению питания. Так, например, если подать на управляющий вывод половину напряжения питания, то ключ не откроется. А ведь управляться ключи будут логическими уровнями. И тогда при питания ключа от 9 В он уже не откроется от сигнала 5-ти вольтовой логики. У меня при питании от 8 В ключ открылся при напряжении 5,7 В

Также и с резистором R5 - его уменьшение увеличивает затухание в закрытом ключе, но увеличивает потери в открытом. Но тут проблема частично решается параллельным включением двух ключей.

Вот и я буду включать два ключа параллельно и тогда мне как раз хватит одной микросхемы для переключения двух направлений в предварительном УНЧ,

Всем здоровья и успехов.