Elektronischer Schalter

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Dieser Artikel behandelt den Schalter als elektronisches Bauelement. Für das elektrische Bauelement, siehe Schalter (Elektrotechnik).
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Serienschalter mit JFET
Serienschalter mit JFET und vereinfachter Ansteuerung
CMOS-Serienschalter mit MOSFET im CD4066 auf Basis eines Transmission-Gates

Ein elektronischer Schalter, auch Analogschalter oder Halbleiterschalter, ist ein elektronisches Bauelement, das die Funktion eines Schalters in Form eines Halbleiterbauelements realisiert. Dabei kommen vor allem Feldeffekttransistoren (FET) und Bipolartransistoren sowie Dioden zum Einsatz – in diesem Zusammenhang spricht man auch von Schalttransistor oder Schaltdiode –, aber auch Thyristoren werden als elektronische Schalter eingesetzt.

Prinzipiell sind auch Halbleiterrelais und PhotoMOS-Relais elektronische Schalter, sie werden jedoch meist nicht so bezeichnet.

Im eingeschalteten Zustand sollen elektronische Schalter wie auch andere Schalter den Eingang möglichst schnell und niederohmig mit dem Ausgang verbinden, im ausgeschalteten Zustand dagegen beide möglichst gut voneinander isolieren. Das ist bei Analogschaltern in der Regel nur in einem durch die Betriebsspannung begrenzten Bereich und eingeschränkter Potentialtrennung vom Steuereingang möglich.

Analogtechnik[Bearbeiten]

Analogschalter arbeiten wesentlich schneller als Relais oder mechanische Schaltkontakte und arbeiten prellfrei und verschleißfrei. Sie haben jedoch gegenüber jenen einen höheren Übergangswiderstand im eingeschalteten Zustand und ein geringeres Isolationsvermögen im ausgeschalteten Zustand.

Analogschalter werden in Abtast-Halte-Schaltungen, an der Schnittstelle von Analogtechnik zu Digitaltechnik, zur Signalumschaltung und in Schaltmatrizen zur zeitmultiplexten Datenerfassung eingesetzt.

Die Eigenschaften eines elektronischen Analogschalters werden vor allem durch die folgenden Werte charakterisiert:

  • Durchlasswiderstand (in der Regel ≤ 100 Ω)
  • Sperrwiderstand (in der Regel ≥ 1 MΩ)
  • Analog-Spannungsbereich, in dem die Eingangsspannung unverzerrt übertragen wird.
  • Schaltzeit (meist ≤ 1 µs)
  • Art der digitalen Ansteuerung (meist ein TTL- und CMOS-kompatibles Signal)

Weiterhin sind folgende Werte bei Analogschaltern spezifiziert:

  • elektrische Kapazität des Schaltpfades zum Rest der Schaltung
  • Ladung, die während des Schaltvorganges aufgrund der Ansteuerung ausgetauscht wird; sie führt zu einem Störspannungsimpuls auf der Signalleitung

In der Praxis werden Analogschalter oft mit TTL-Steuersignalen betrieben. Wenn die zu schaltenden Analogspannungen außerhalb des Bereiches 0 V bis 5 V liegen sollen, besitzen Analogschalter-ICs Betriebsspanungsanschlüsse, die höhere positive und auch negative Werte erlauben.

Auch mechanische Taster können digitale elektronische Schalter enthalten: die Hall-Taste erfordert hierzu eine Betriebsspannung und arbeitet mit einem Dauermagnet als Betätigungselement, Piezo-Taster benötigen dagegen keine Betriebsspannung; sie erzeugen die Steuerspannung mit einem Piezokeramik-Betätigungselement.

Digitaltechnik[Bearbeiten]

In der Digitaltechnik werden anstelle analoger Schalter Gatter verwendet, um digitale Signale miteinander zu verknüpfen.

Eine Sonderform des elektronischen Schalters ist ein Duplexer der Radartechnik, der sehr schnell und ohne bewegte Bauelemente die Antenne entweder mit dem Sender oder dem Empfänger verbinden kann.