CD4066: аналоговый коммутатор, схема включения и замена

Распиновка CD4066 (DIP-14)

Три ошибки при включении

Первая ошибка — рассчитывать, что выводы управления идут подряд. В корпусе на 14 выводов четыре канала занимают по два вывода сигнала (восемь выводов), и на управление остаются четыре — но стоят они вразнобой: 5, 6, 12 и 13. Проследить по схеме нужно каждый канал отдельно, иначе сигнал уходит не туда, куда задумано, а прибор при этом полностью исправен.

Вторая ошибка — оставить управляющий вывод неподключённым. Вход управления у CD4066 изолирован от сигнальной цепи и имеет сопротивление порядка 10¹² Ом, поэтому «пустой» вывод не остаётся в каком-то определённом состоянии, а ведёт себя как вход с плавающим потенциалом. Канал при этом может как открываться, так и закрываться — и работать это будет нерегулярно. Все четыре вывода управления подключают явно: к земле, к питанию или к нужному сигналу.

Третья ошибка — уровни при двуполярном питании. При однополярном питании всё просто: единица на управлении это VDD, ноль — VSS. При ±5 В управляющий сигнал должен быть двуполярным: единица это +5 В, а ноль это −5 В. Если на управление подать 0 В при питании ±5 В, канал окажется в промежуточном состоянии и пропустит только сигналы одного знака — а схема будет выглядеть как неисправная.

CD4066 и CD4016: в чём разница

Оба прибора — четырёхканальные аналоговые ключи в корпусе на 14 выводов, и по выводам они взаимозаменяемы. Разница в сопротивлении открытого канала: у CD4066 оно заметно ниже и, что важнее, почти не зависит от уровня сигнала, потому что внутри канала работают и n-канальный, и p-канальный элементы. У CD4016 сопротивление выше и сильнее «плавает» в зависимости от того, насколько сигнал близок к краю диапазона питания.

Есть и обратная рекомендация: для схем, где конденсатор должен заряжаться через ключ (sample-and-hold), в документации указывают CD4016. Причина в том, что у CD4066 сопротивление канала зависит от напряжения на сигнальной линии, и при запирании ключа на накопленной ёмкости появляется ошибка передачи. Для задач пробуждения сигнала, модуляции, шины аналоговых сигналов и переключения источников выбирают CD4066, для схем с памятью на конденсаторе — CD4016.

Характеристики, на которые смотрят

• Сопротивление открытого канала: около 125 Ом при питании 15 В, и оно почти постоянно по всему диапазону сигнала — разброс между каналами не больше 5 Ом.
• Ток утечки выключенного канала: порядка 10 пикоампер при напряжении между VDD и VSS 10 В, то есть выключенный канал практически не нагружает сигнальную цепь.
• Полоса пропускания: до 40 МГц по частоте включения, пересекреток между каналами около −50 дБ на 8 МГц.
• Питание: 3…18 В, и управляющие сигналы при однополярном питании должны быть от того же источника, что и питание прибора.
• Потребление в покое: единицы наноампер — для прибора, через который идёт аналоговый сигнал, это позволяет не влиять на схему.
• Диапазон температур: от −55 до +125 °C.

Отечественные аналоги: как искать

В отечественной 4000-й серии аналоговые ключи имеют индекс КТ, и по функции искомому аналогу CD4066 соответствует К561КТ3 — четыре аналоговых ключа. По цоколёвке, однако, совпадение подтверждается не полностью: там, где источники расходятся по расположению отдельных выводов, мы не утверждаем совпадение, а проверяем расположение по документации на конкретный корпус и говорим об этом в предложении, а не после монтажа. Проверенные полные совпадения по цоколёвке в этой группе — К561ЛА7 (CD4011), К561ЛЕ5 (CD4001), К561ТМ2 (CD4013), К561ИЕ8 (CD4017) и К561ИЕ10 (CD4520).

Искать аналог нужно по параметрам, а не по номеру: число каналов, напряжение питания, сопротивление открытого канала и, обязательно, уровни на управляющих входах. Для аналогового ключа это важнее, чем для логики, потому что здесь ошибка в уровнях управления даёт не «не работает», а «работает наполовину»: канал пропускает только сигналы одного знака. Именно поэтому при двуполярном питании отечественный аналог с другими уровнями управления придётся согласовывать, а не просто поставить.

Пришлите полное обозначение с индексами корпуса и температурного исполнения — ответ придёт по каждой позиции: что подобрано, по каким параметрам совпало и какие отличия остались.

Частые вопросы

• Какое сопротивление у открытого канала — около 125 Ом при питании 15 В, с разбросом между каналами не больше 5 Ом.
• Чем CD4066 отличается от CD4016 — сопротивлением открытого канала: у CD4066 оно ниже и стабильнее, но для схем с запоминанием конденсатора рекомендуют CD4016.
• Куда подключать управление — вывод 13 это канал A, вывод 5 — канал B, вывод 6 — канал C, вывод 12 — канал D, и все четыре подключаются явно, без висящих выводов.
• Можно ли питать от ±5 В — да, но управляющий ноль должен быть −5 В, иначе канал пропустит только сигналы одного знака.
• Что делать, если канал не переключается — проверить уровень на своём выводе управления (13, 5, 6 или 12), а не искать неисправность в сигнальной части.