CD4066 Quad-Analogschalter: Eigenschaften, Betrieb und praxisnahe Einsatzmöglichkeiten

CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) ist ein MOSFET-Typ, der symmetrische, komplementäre n- und p-Kanal-MOSFET-Paare für Logikfunktionen nutzt. Bekannte CMOS-Chips: Zähler (CD4017), Dekoder (CD4028, CD4511), Analogschalter (z. B. CD4066).

Heute: CD4066 Quad-Bilateraler Analogschalter.

1. Was ist der CD4066?

CMOS-IC mit 4 Schaltern aus der CD4000-Familie. Kategorie: Analogschalter.

Einer der CD4000-Serie

4-Bilateraler-Schalter-Design für Übertragung analoger/digitaler Signale und Multiplexing.

2. Pin-Konfiguration

14-Pin-IC. Pin-Funktionen:

• Pins 1, 3, 8, 11 – Eingänge der 4 bilateralen Schalter
• Pins 2, 4, 9, 10 – Ausgänge der 4 bilateralen Schalter
• Pins 5, 6, 12, 13 – Steuerpins (Control)
• Pin 14 (VCC) – Versorgungsspannung
• Pin 7 (GND) – Masse

3. Merkmale & Spezifikationen

• Niedriger Innenwiderstand: 5 Ω (On-State)
• Steuerpin: Max 0,9 V (Low), Min 11 V (High)
• Gehäuse: 14-Pin PDIP, PDSO, GDIP/DIP14, SO14, TSSOP14 – jeweils 4 Kanäle
• Hohe Linearität, hohes Ein/Aus-Ausgangsspannungsverhältnis, hohe Steuereingangsimpedanz
• Störfestigkeit: 0,45 V_DD
• Analog-Spannungshub (Peak-to-Peak): ±7,5 V
• Betriebstemperatur: −55 bis +125 °C
• Betriebsspannung: 3–18 V, max. Schaltspannung: 20 V
• Bandbreite: 40 MHz, 1:1 SPST-Konfiguration

SPST-Symbol

• Übersprechen (Crosstalk) zwischen den 4 Schaltern: −50 dB (R_L=1 kΩ)
• Hoher Ausgangsstrom: 0,4 mA, geringer Off-State-Leckstrom

Hinweis: CD4066 und CD4016 haben gleiche Pinbelegung. Unterschied: Innenwiderstand. CD4016: 200 Ω, CD4066: 5 Ω → CD4066 besser für Schwachsignale (z. B. Audio).

4. Einsatzbereiche des CD4066 Quad-Bilateralen Schalters

Typisch: Multiplexing, Signaltrennung. Bilateral → analog & digital. Nennspannungen: 5 V, 10 V, 15 V (Bereich 3–18 V), Spitzenspannung bis 20 V.

Vorteil 4-Kanal vs. 1-Kanal: Konstanter ON-Widerstand über gesamten Eingangsspannungsbereich. Spitzeneingangsspannung = Versorgungsspannung.

5. Anwendung des CD4066 Quad-Bilateralen Schalters

Funktionsweise: 4 analoge Signale werden über digitale Steuerung geschaltet. Eingangssignal → Schalter → Steuereingang → Ausgangssignal. Bilateral → vorwärts & rückwärts leitend.

• Jeder Schalter: 2 Pins (In/Out) für Spannungsschaltung
• Pin 14 → +Pol, Pin 7 → Masse
• Steuereingang High (1) → niedriger Impedanz → Schalter EIN. Low (0) → hoher Impedanz → Schalter AUS

Beispiel: Einzelschalter-Schaltung mit CD4066

Bauteile: CD4066 IC, DC-Motor, 12-V-Batterie.

DC-Motor in Reihe mit Schalter-IC. 12 V versorgen Motor. Spannungsbereich je nach IC: 5–18 V.

Einzelschalter-Schaltbild mit CD4066 IC

Schaltungsbetrieb

Simulation: Ohne Steuersignal → Motor steht. High-Pegel an Steuerpin → Motor läuft. Fazit: Schalter nutzt Leistungssignal zur Modifikation des Steuersignals → funktioniert als geschalteter Multiplexer.

CD4066 4×1-Multiplexer

Einzelausgang, 4 Selektionsleitungen (Steuerpins). Alle Ausgänge auf gemeinsamen Punkt gelegt.

CD4066 Multiplexer-Schaltung

6. Anwendungen

• Dead-Band-Filter
• Sample-and-Hold (S&H) Schaltungen
• Digital-Analog / Analog-Digital Wandlung
• 4-Eingang-Multiplexer in Elektroniksystemen
• Analog-Signal-Gain, Phasen-Impedanz, Frequenz digital steuerbar
• Logik-Transmission-Gates
• Squelch-Control
• CMOS-Logik-Implementierung
• Modulatoren, Demodulatoren, Chopper, Kommutierschalter
• Netzwerk-Schaltung
• Multiplexing & Schalten digitaler/analoger Signale

Multiplexing-Prozess

• Sample-and-Hold-Schaltungen

Fazit

Kurz: CD4066 = 4 bilaterale Schalter mit 4 diskret steuerbaren Einbau-Schaltern. Bilateral = Leitfähigkeit in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung als Multiplexer-Schalter.

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