切換開關在信號選擇和量程變換中的應用

發(fā)布時間:2023-09-19
1. 信號選擇
圖3.13中(a)所示電路,信號選擇開關置于同相輸入電路的同相輸入端之前,由于同相輸入電路具有極高的輸入阻抗,因此切換開關上無電流,開關導通電阻ron上無壓降及其產(chǎn)生的誤差。因此此電路對開關的導通電阻ron要求很低,cmos模擬開關適用于此電路。
當運算放大電路是反相輸入電路時,由于反相輸入電路的輸入阻抗較低,cmos模擬開關較大的導通電阻ron將產(chǎn)生麻煩。見圖3.13(b),導通電阻ron等效成運算電阻rif的一部分,使運算關系發(fā)生變化。比如原來的運算電阻rif=10kω導通電阻ron=100ω,則運算關系變化100ω/10kω=1%。并且這種變化是不固定的,因為輸入信號電壓的變化將使ron的數(shù)值發(fā)生變化,這種不固定的變化就無法用量程調(diào)整予以補償。如果采用阻值很大的運算電阻,如取rif=1mω,盡管這樣可以忽略ron對運算關系的影響,但是將會產(chǎn)生新的問題:開關的泄漏電流和運放的失調(diào)電流所產(chǎn)生的誤差將會隨著運算電阻的增大而增大。
為了防止ron的數(shù)值受信號電壓的影響,圖3.13(c)把cmos模擬開關放在運放反相輸人端的結點處,該結點電壓在零附近,變化很小,這樣做出現(xiàn)新的問題:一是增多了運算電阻,每個信號加一個運算電阻,二是開關電容使電路的穩(wěn)定性降低。因此在反相放大電路中使用cmos模擬開關時一定要慎重考慮到上述影響。另外和反相放大電路類似,普通差動放大電路同樣存在著上述問題,這里不再逐一分析。
   2. 量程變換
圖3.14給出兩種量程變換電路,其中(a)圖把cmos模擬開關接到反饋回路,(b)圖把cmos模擬開關接到運放的輸入端,通過后面的分析,可以看出(a)圖電路要明顯好于(b)圖電路。(b)圖中要求開關的操作順序是先接后斷以防止運算電路出現(xiàn)瞬間開環(huán)的沖擊。當開關切換到不同位置時,通過改變反饋量的大小而改變了放大倍數(shù),實現(xiàn)了量程轉(zhuǎn)換。運放具有的驅(qū)動能力允許運放輸出端的電阻串選用較小的數(shù)值。該電路的最大優(yōu)點的是對信號不進行衰減。(b)圖電路不會因開關的切換操作順序而出現(xiàn)開環(huán)現(xiàn)象,該電路的最大缺點是對信號進行了衰減,降低了信噪比和分辨率,并且信號衰減越大越嚴重。因此不適用于量程范圍大幅度變化的情況。另外要注意輸入信號是否有足夠的驅(qū)動能力,否則要求電阻串的阻值應比較大,這樣就又使得開關漏電流產(chǎn)生的誤差增大。
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