Was ist ein Analogschalter?
Manchmal auch als bilateraler Schalter oder Übertragungsgatter bezeichnet, ist ein analoger Schalter ein elektronisches Gerät, das einen Signalpegel vom Eingang zum Ausgang selektiv weiterleitet oder blockiert. Es ist ein Festkörper-Halbleiterbauelement, das aus einem nMOS-Transistor und einem pMOS-Transistor besteht. Seine Steuergates sind so konfiguriert, dass beide Transistoren entweder ein- oder ausgeschaltet sind. Gängige Analogschalteranwendungen umfassen Instrumentierung, Prozesssteuerung, Datenerfassung, Kommunikationssysteme und Videosysteme.
Ein Analogschalter wird üblicherweise auch als Baustein für Logikschaltungen wie D-Flip-Flop oder D-Latch verwendet. Als eigenständiger Schaltkreis können eine oder mehrere Komponenten von aktiven Signalen isoliert werden, wenn diese entfernt oder im laufenden Betrieb eingesetzt werden. Bei Verwendung in Sicherheitsanwendungen kann selektiv verhindert werden, dass vertrauliche Signale oder Daten ohne gültige Autorisierung von der Hardware übertragen werden.
Der ideale Analogschalter hat im ausgeschalteten Zustand einen unendlichen Widerstand und im eingeschalteten Zustand einen Widerstand von Null. Es hat auch einwandfreie lineare Voltampere-Eigenschaften bei der Übertragung von analogen Signalen. Die Wahrheit ist jedoch, dass die meisten analogen Schalter nicht ideal sind. Dies kann der Fall sein, da es sich im Wesentlichen um Festkörperhalbleiterkomponenten handelt, die im eingeschalteten Zustand einen Widerstand ungleich Null, im ausgeschalteten Zustand einen endlichen Widerstand und nichtlineare Voltampere-Eigenschaften aufweisen.
Ähnlich wie bei einem mechanischen Schalter gibt es auch bei dem analogen Schalter viele Formen, die weitgehend von der Anzahl der Würfe und Pole abhängen. Einpolige Einwegschalter (SPST) und einpolige Zweipolschalter (SPDT) werden häufig als mechanische Schalter bezeichnet. Eine einzelne integrierte Schaltung (IC) kann auch mehrere analoge Schalter enthalten, von denen jeder einem bestimmten analogen Kanal entspricht.
Das Gate für einen Analogschalter kann durch eine Anzahl von Schaltungskonfigurationen gebildet werden. Einige dieser Konfigurationen sind sehr einfach und bestehen häufig aus zahlreichen Widerständen und einer einzelnen Diode. Die meisten kommerziellen Schalter verwenden jedoch Feldeffekttransistoren (FETs), hochentwickelte Bipolartransistoren oder eine Kombination von beiden, um das Durchlassen oder Blockieren von analogen Signalen zu erleichtern. FETs werden aufgrund ihres geringen geschlossenen Widerstands und ihres hohen offenen Widerstands häufiger in analogen Schaltern eingesetzt.
Ein Analogschalter verhält sich ähnlich wie ein Relais. Der Hauptunterschied besteht darin, dass es keine beweglichen Teile aufweist und keine Isolierung zwischen dem analogen Signal und dem Steuersignal bietet. Aus diesem Grund wird die Verwendung in Hochspannungskreisen, in denen eine galvanische Trennung erforderlich ist, nicht empfohlen. Es ist auch wichtig zu beachten, dass der maximale Strom, der durch einen Analogschalter fließen kann, in der Regel kleiner als der durchschnittliche Relaisstrom ist, da zwischen dem Eingang und dem Ausgang ein niedriger Strompfad liegt.