На початку цієї глави розглянуті деякі особливості застосування інтегральних схем аналогових комутаторів (мультиплексорів) і ключів Як правило, ІС цього типу вибирають виходячи з потрібної кількості комутованих каналів, однак слід мати на увазі ще ряд проблем, без вирішення яких вибрана схема може виявитися непрацездатною

Екстремальні рівні напруги

Припустимо, що авіалайнер обладнаний декількома тензодатчиками мостового типу, приєднаними, з одного боку, до багатоканальної системі тривожної сигналізації, а з іншого – до мультиплексированную входу бортовий ЕОМ Типовий тензодатчик у вигляді резистивного мосту з напругою живлення 10 В виробляє різницевий сигнал 0-50 мВ, який знаходиться під потенціалом близько 5 В відносно землі Пристрій тривожної сигналізації, підключений до комутатора, який циклічно опитує кілька тензодатчиков, видає сигнал тривоги, якщо різницевий сигнал в будь-якому з каналів перевищить встановлений поріг

Одночасно ті ж різницеві напруги тензодатчиков надходять на другий, незалежний від першого, комутатор бортової ЕОМ, яка управляє дисплеєм в кабіні пілота Кожен комутатор повинен функціонувати незалежно від стану (робочого або аварійного) іншого Більш того, в схемах обох комутаторів має бути передбачений захист від пошкодження при несправності будь-якого тензодатчика з числа підключених до аналогових входів комутаторів (в гіршому випадку від несправного датчика може надходити повна напруга бортового акумулятора, рівне 28 В) Комутатори та тензодатчики через багатоконтактні розєми зєднуються в загальну мережу за допомогою багатометрових кабелів, утворених джгутами неекранованих проводів

При такій побудові системи пілот може ускладнити її роботу, якщо в ході польоту буде включати або вимикати харчування тих чи інших датчиків Схожі

проблеми виникають і при проведенні регламентних робіт, коли які-небудь модулі системи незалежно від того, подано на них харчування чи ні, відєднуються або приєднуються до мережі Оскільки аналогові входи комутаторів безпосередньо повязані з контактами приєднувальних розємів, то в момент завершення або приєднання останніх на входах комутаторів виникатимуть викиди напруги, що не повинні виводити ЙС з ладу

Коли один або кілька джерел вхідних сигналів виявляються під напругою при відсутності живлення на комутаторі, необхідно забезпечити, з одного боку, захист ІС від пошкодження, а з іншого – досить високий опір аналогових входів комутатора, щоб він не створював істотного навантаження для джерел вхідних сигналів Мультиплексор повинен також відповідати певним вимогам щодо опору ізоляції, щоб уникнути пошкоджень при комутаціях в ланцюзі харчування та на випадок аварійного режиму функціонування датчика, коли на аналогові входи комутатора може бути подана напруга, близьке до 28 В

При вступі на входи комутатора напруги, що перевищує напруга живлення інтегральних схем (зазвичай ± 15 В), пристрій повинен не тільки зберегти працездатність, а й забезпечити захист операційного підсилювача або іншої схеми, підключеної до виходу комутатора Розглянемо два типові приклади:

1 Напруга в одному з включених каналів перевищує напруга живлення комутатора При цьому вхідний струм комутатора не повинен надмірно зростати, а напруга на виході пристрою повинно залишатися на безпечному рівні

2 Напругу, що перевищує напруга живлення, може надходити на відключений канал комутатора При цьому схема повинна забезпечувати обмеження вхідного струму в зазначеному каналі і одночасно блокувати передачу напруги живлення на вихід

Захисні схеми комутатора можуть бути виконані як у вбудованому, так і в зовнішньому варіантах Типова схема зовнішнього варіанту захисту показана на рис 21 В даному випадку до кожного вхідному каналу пристрої підключаються струмообмежуючі резистор і два діоди (на малюнку показаний тільки один канал) Якщо позитивне напруга на якому-небудь із входів перевищує напругу пробою стабілітрона, рівне 12 В, верхній діод відкривається і утримує напругу на вході комутатора на рівні 12 В Аналогічний механізм діє при надходженні на вхід комутатора негативного напруги, що перевищує за модулем рівень -12 В

Схема зовнішнього захисту комутатора, показана на рис 21, працює надійно, але тут MOtyT виникнути деякі проблеми, наприклад поява значної струму в режимі обмеження напруги або вплив струму витоку захисного діода на сигнал в режимі нормального функціонування При використанні схеми, показаної на рис 21, в вищеописаної системі тривожної сигналізації авіалайнера викид струму, що виникає при виключенні одного комутатора, може призвести до спотворення сигналу в іншому

На рис 22 показаний інший варіант зовнішнього ланцюга захисту При цьому замість зовнішніх діодів використовуються внутрішні pn переходи КМОП комутатора

і зовнішні резистори, включені у вхідні ланцюг кожного каналу Резистор повинен мати достатній опір для забезпечення надійного захисту входу, однак занадто високий опір може привести до неприйнятним спотворень сигналу через струму витоку комутатора – особливо при високих температурах, коли він зазвичай зростає Включення резистора з порівняно невеликим опором знижує величину зазначених спотворень, але сприяє виникненню великого струму в аварійному режимі і, отже, не може забезпечити надійний захист схеми в цілому

Рис 21 Ланцюг зовнішньої діод-резистивної захисту

Рис 22 Ланцюг зовнішньої резистивної захисту

Таким чином, застосування зовнішніх схем захисту ИС аналогових комутаторів і ключів, як правило, не рекомендується Виняток становлять випадки, при яких струми витоку мають мізерно малі значення (по Принаймні, порядку декількох піко-або наноампер) Типові схеми, в яких застосовуються зовнішні кола захисту, наведені в кінці цієї глави

При використанні зовнішніх резисторів для ИС аналогових комутаторів і ключів важливо враховувати деякі додаткові моменти Так, наприклад, ступінь спотворення напруги сигналу залежить від загального струму, що проходить через резистор, включаючи вхідний струм зміщення операційного підсилювача, приєднаного до виходу комутатора У поєднанні з паразитної шунтової ємністю зовнішній резистор утворює RC-фільтр нижніх частот, що може обмежити смугу пропускання всього пристрою Важливо памятати, що спотворення сигналу у включеному каналі, викликані протіканням аварійного струму у вимкненому каналі, можуть надати істотний вплив на роботу всієї системи

Джерело: Ленк Д, 500 практичних схем на популярних ІС: Пер з англ – М: ДМК Пресс, – 44 с: Ил (Серія «Підручник»)