Le CD4051 est un multiplexeur analogique CMOS 8 canaux, largement utilisé dans des applications électroniques variées, notamment les systèmes d’acquisition de données, les équipements audio, et les projets IoT. Ce circuit, fonctionnant avec une tension d’alimentation allant de 3V à 15V (5V étant courant), permet de sélectionner un signal parmi huit entrées analogiques ou numériques, en le dirigeant vers une sortie unique. Grâce à son impédance ON typique de 125? à 5V et à son faible courant de fuite de 100nA, il garantit une transmission précise des signaux. Compact et économique, avec un coût unitaire inférieur à 1 USD, le CD4051 est idéal pour des conceptions nécessitant un contrôle efficace et peu coûteux de signaux analogiques, tout en restant compatible avec des plateformes telles que l’Arduino ou le Raspberry Pi. Son temps de commutation rapide de 100 ns à 5V le rend adapté aux applications dynamiques.
Caractéristiques principales
- Nombre de canaux : 8 entrées/sorties sélectionnables.
- Tension d’alimentation : 3V à 15V (typique : 5V ou 12V).
- Impédance ON : 125 à 5V et 70 à 10V.
- Courant de fuite : 100nA (typique).
- Temps de commutation : 100 ns à 5V.
Fonctionnement du CD4051
Le CD4051 est un multiplexeur analogique/digital 8:1 qui agit comme un commutateur électronique. Il permet de connecter l’une des 8 entrées ou sorties (Y0 à Y7) à un terminal commun (Z), selon l’état des signaux de commande binaires (A, B, C). Chaque combinaison de ces signaux détermine la connexion active, comme indiqué dans le tableau suivant. Compatible avec des tensions d’alimentation de 3V à 15V, il est largement utilisé en électronique pour la commutation de signaux analogiques ou numériques dans des applications telles que l’acquisition de données, les systèmes de contrôle et les instruments de mesure.
| A | B | C | Entrée/Sortie connectée |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | Y0 |
| 0 | 0 | 1 | Y1 |
| 0 | 1 | 0 | Y2 |
| 0 | 1 | 1 | Y3 |
| 1 | 0 | 0 | Y4 |
| 1 | 0 | 1 | Y5 |
| 1 | 1 | 0 | Y6 |
| 1 | 1 | 1 | Y7 |
Le circuit peut également être utilisé comme un démultiplexeur en inversant son rôle.
Applications courantes
- Systèmes d’acquisition de données.
- Équipements audio pour le contrôle de volume et de tonalité.
- Multiplexage de capteurs dans des systèmes IoT.
- Commutation de signaux analogiques dans des appareils de mesure.
Avantages et inconvénients
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Faible coût (< 1 $). | Limité à 8 canaux. |
| Compatible avec signaux analogiques et numériques. | Impédance ON non négligeable. |
| Facilité d’intégration. | Pas adapté aux hautes fréquences. |
Exemple de calcul : Sélection de tension
Supposons que le CD4051 est alimenté en 5V et qu’il doit transmettre une tension analogique entre 0V et 5V. La relation tension de sortie Vout est donnée par :
Vout = Vin – Ileak × RON
Avec :
- Vin : Tension d’entrée (ex. 3.3V).
- Ileak : Courant de fuite typique (100nA).
- RON : Impédance ON (125?).
Pour Vin = 3.3V, on a :
Vout 3.3V – (100nA × 125?) = 3.29999V
La perte est donc négligeable.
Références et marques disponibles
- Texas Instruments : CD4051B.
- ON Semiconductor : MC14051BCP.
- Nexperia : 74HC4051.
Alternatives au CD4051 : Comparaison et choix selon les besoins applicatifs
Le CD4051 est un multiplexeur analogique populaire, mais plusieurs alternatives existent selon les besoins spécifiques. L’une des alternatives les plus courantes est le CD4067, un multiplexeur analogique 16:1 qui offre un plus grand nombre de canaux, idéal pour des applications nécessitant plus de connexions. Pour des performances améliorées, le 74HC4051 propose une vitesse de commutation plus rapide et une compatibilité avec des systèmes à basse tension, souvent utilisés dans les circuits numériques modernes. Si des caractéristiques de faible résistance à l’état passant (RON) sont essentielles pour minimiser les pertes de signal, les modèles tels que le MAX4051 de Maxim Integrated ou le ADG708/ADG709 d’Analog Devices offrent des spécifications supérieures. Ces alternatives garantissent une meilleure fidélité des signaux analogiques.
Pour les applications nécessitant des tensions d’alimentation étendues, les multiplexeurs de la série DG4051 offrent une plage de fonctionnement plus large et une robustesse accrue. Les solutions programmables, telles que les circuits CPLD ou FPGA, peuvent également remplacer les multiplexeurs traditionnels, surtout lorsqu’une grande flexibilité ou une logique complexe est requise. Ces alternatives permettent d’intégrer plusieurs fonctions dans un seul composant, bien que leur mise en œuvre soit plus complexe.
Enfin, pour des projets à faible coût, des options comme le HEF4051 de NXP assurent une performance standard tout en respectant les contraintes budgétaires. Chaque alternative doit être sélectionnée en fonction de critères tels que la plage de tension, la vitesse, le nombre de canaux et la résistance ON, garantissant ainsi une adaptation optimale aux exigences des applications spécifiques.