Многоустойчивый компаратор напряжения
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик оя993466
/ : г
° м
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 040831 (21) 3327558/18-.21 сарисоединениемзаявки Ио вЂ”Н 03 K 3/24
05 В 1/01
Государствен»ый «ом»тет
СССР ао делам изооретеиий и открытий (23) Приоритет(33) УДК 621 с 374., .5(088.8) Опубликовано 300183, Бюллетень Hо 4
Дата опубликования описамия 3001g3 х,у, Ц йл г»; „. (72) Автор изобретения
В -И Ковальков (73) Заявитель (54) ИНОГОУСТОЙЧИВЫЙ
KONIAPATOP НАПРЯЖЕНИЯ
1 устройство относится к ннформацй онно-преобразовательной технике и может быть использовано для построения быстродействующих параллельно последовательных аналого-цифровых преобразователей. а также различных-контрольно-измерительных устройств, классификаторов и анализаторов парамет» ров электрических сигналов.
Известны многопороговые устройст= ва сравнения, у которых входное -напряжение преобразуется в.унитарный единичный код. при котором сигнал ."единица" появляется на выходах всех каскадов,,у которых опорные (порого-. вые) уровни меньше, чем величина входного. напряжения(1Д.
Однако данные устройства имеют низкую чувствительность и надежность . поскольку у них возможны неопределен» ные состояния и сбои, что ограничивает область их применения и требует введения дополнительных узлов.
Наиболее близок к предлагаемому многоустойчивый компаратор напряжения, содержащий И. идентичных дифференциальных каскадов с.òðàêçèñòîðÿûми генераторами тока в змиттерных цепях сравнивающих транзисторов., базы которых подключены соответственно к источнику преобразуемого напряжения ч источникам опорных напряжений, причем,-комплекторы разноименных сравнивающих транзисторов соседних каскадов подключены к шине питания через . общие коллекторные резисторы. Введением регенеративной обратной связи между соседними каскадами, осуществ g ляемой с помощью выходного транзисторного ключа и дополнительного транзистора, образующего сравнивающую пару с транзистором генератора тока соседнего дифференциального каскада, обеспечивается надежное переключение многоустойчивого компаратора и получение на его выходам позиционного единичного кода; Этим устраняются сбои и повышается надежность работы(2)..
Недостатком известного устройства являются потери в быстродействии, возникающие иэ-за насыщения транзисторов регенеративной обратной связи и влияния интегрирующих цепочек, обра.
25 зуе х высокоомнымн токоограничиваю щими резисторами и паразитными емкостями. Последние не только затягивают время переключения, но и. ухудшают чувствительность компаратора, так как часть полезного сигнала теряется
Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт
993466 на них. На точности известного устройства, кроме того, отрицательно сказываются изменения нагрузки, влияю.— щие на глубину регенеративной обратной связи.
Цель изобретения — повышение быст- 5 родействия и точности сравнения.
Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее «) входных дифференциальных каскадов на транзисторах, базы которых соответственно подключены к источнику входного напряжения и источнику опорных напряжений, коллекторы транзисторов соседних каскадов попарно объединены и подключены через коллекторные 15 резисторы к шине первого источника напряжения, а эмиттеры транзисторов каждого каскада через транзисторный генератор тока и токостабилизирующий резистор соединены с шиной второго источника напряжения, базы транзисторов всех генераторов тока подключены к третьему источнику напряжения, источник смещения, транзисторы и резисторы, введены И выходных дифференциальных каскадов, собранных на транзисторах противоположной проводимости транзисторам входных дифференциальных каскадов с общим источником тока, причем базы транзисторов выходных дифференциальных каскадов подключены к источнику смещения, а коллекторы транзисторов первого плеча соответственно подключены к выходным шинам устройства и через нагрузочные резисторы к общей шине, кол- 35 лекторы транзисторов второго плеча выходных дифференциальных каскадов соответственно подключены х общей точке токостабилизирующего резистора и транзисторного генератора тока пре- 4п дыдущего входного дифференциального каскада, а эмиттеры транзисторов каждого выходного дифференциального каскада соответственно через переход коллектор-эмиттер транзистора и общий для всех выходных дифференциальных каскадов источник тока соединены с шиной первого источника напряжения, а базы транзисторов соответственно соединены с попарно объединенными коллекторами транзисторов входных дифференциальных каскадов.
На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.
Схема содержит И. каскадов 1„- 1 каж- з5 дый иэ которых содержит входной дифференциальный каскад 2, выходной дифференциальный каскад 3, общий для всех каскадов источник 4 тока, источники
5-8 напряжения и коллекторные резис- 60 торы 9.
Входной дифференциальный каскад 2 содержит транзисторы и-р п(один опорный 10, другой входной 11), причем в цепь экиттеров транзисторов 10 и 11 65 включен генератор тока, выполненный на транзисторе 12 и токостабилизирующем резисторе 13..Ваза токостабилизйрующего транзистора соединена с источником 8 напряжения. Базы всех опорных транзисторов 10 соединены с входной-шиной,. а базы всех входных транзйсторов 11 соответственно соединены со своими источниками опорных напряжений.
Выходной дифференциальный каскад 3 содержит транзисторы 14-16Р -й- типа, при этом базы транзисторов 14 и 15 соединены с источником напряжения 6, коллекторы транзисторов 16 соответственно соединены со своими выходными шинами и через нагрузочный резистор 17 с общей шиной. коллектор транзистора 14 соединен с токостабилизирующим резистором 12 предыдущего каскада .
Эмиттеры транзисторов 14 и 15 через переход коллектор-эмиттер транзистора 16 подключены к источнику 4 тока, а базы транзистора 16 — к коллекторному резистору 9.
Устройство работает следующим образом.
Пусть в исходном состоянии входное напряжение компаратора Uy = О. Тогда транзисторы 11 каскадов 2 заперть|, а транзисторы 10 открыты, так как к базам этих транзисторов приложены опорные напряжения U0 Для нормальной работы устройства необходимо. чтобы величина минимального опорного напряжения U0))и разность между. опорными на4 пряжениями соседних дифференциальных каскадов были не меньшими напряжения переключения дифференциального каскада:. Через открытые транзисторы
10 протекают токи 3 генераторов тока, определяемые сопротивлениями резисторов 13. Эти токи создают на резисторах 9 падения напряжениями . P которые недостаточны для отпирания транзисторов 16. В силу малости начальных токов транзисторов можно считать коллекторные токи транзисторов 16, а следовательно. и коллекторные токи транзисторов 14 и 15, равными нулю. Таким образом, на всех выводах многоустойчивого компаратора при U = 0 будут нулевые уровйи.
Это состояние не изменится до тех пор, пока U> не превысит значение Убп„. Ток генеРатоРа 7 пеРвого каскада 3 = 3 начнет перераспределяться между транзисторами 10 и 11. Через коллекторный резистор 9 первого каскада в этом случае протекает ток 7i 1,5 3z, что вызывает падение напряжения на нем, достаточное для отпирания транзистора 16 первого каска. да. Ha его нагрузочном резисторе 17 создается падение напряжения, которое воспринимается как "1". На выхо993466 ром 13, начинает ответвляться в коллекторную цепь транзистора 14.
Уменьшение Эр приводит к повышению напряжения Ug, а следовательно, к еще большому зайиранию транзистора 16 второго каскада. Транзисторы
16 остальных каскадов надежно заперты, так как напряжения на их базах Uy> = Ещ- I<- r+ ?????????????????????? ????????, ?????? ???????????????????? 06.0. ??„- 1,5????9, ->0 Подзапираиие тразистора 16 второго каскада ведет к еще большему отпиранию транзистора 16 третьего каскада, а следовательно, к еще большему росту коллекторного тока транзисто35 ра 14 и т.д. Развивается регенеративный процесс, приводящий к скачкообразному переключению схемы в сос.тояние 0010...0 из состояния 0100..0, В новом устойчивом состоянии, про2О должающемся до тех пор, пока
U " u Uzq весь ток генератора 14
2. протекает через транзистор 16 третьего каскада и делится между транзисторами 14 и 15 пополам. Ток тран25 зистора 15, протекая через нагрузочный резистор 17, создает на нем падение нацряжения, воспринимаемое как "1", а коллекторный ток транзистора 14 удерживает соседний каскад
ЗО с меньшим опорйым напряжением Q
Действительно, с повышением . напряжения 0 7 00„ увеличивается и падение напряжения йа общем коллекторном резисторе 9 второго и третьего каскада, поскольку растет коллекторный ток тран зистора второго каскада 11. При достижении этим током максимального значения 3p =3 напряжение на резисторе 9 U
10 и 11 третьего каскада; то уменьшение коллекторного тока транзистора 10 приводит к уменьшению падения напряжения на общем резисторе 9 второго и третьего каскада. Однако до тех пор, пока Ух Уащ коллекторный ток транзистора 15 третьего каскада остается меньшим коллекторного тока транзистора 10. напряжение 0 . остается более отрицательным. чем в остальных каскадах и код 01000...0 на выходах устройства сохраняется.
Как только входное напряжение
0у превысит значение П р . напряжение на базе транзистора 16 третьего каскада U4 становится более отриЪ цательным чем на базе транзистора 16 соседнего второго каскада
" r+ w 9 %з= м (Зг 3киЖ9 где 3,3 „- коллекторные токи транзисторов 10, 11 соответственно,и происходит триггерное переключение компаратора в новое устойчивое состояние 0010...0. Триггерное переключение устройства обеспечивается регеиеративной обратной связью, дей-. ствующей между соседними каскадами.
Поскольку эмиттеры транзисторов
16 всех каскадов 3 объединены и подключены к общему генератору 4 тока, To . приотпирание одного иэ этих транзисторов автоматически приводит в подэапиранию остальных. Приотпирание транзистора 16 третьего каскада при
Uy Ъ Ugg приводит к появлению кол-.
3 лекторного тока, который поровну перераспределяется между транзисторами 14 и 15. Отпирание транзистора 15 приводит к появлению напряжения на третьем выходе компаратора, а появление коллекторного тока транзистора 14 третьего каскада приводит к уменьшению тока генератора второго каскада 1гЪ,, так как часть тока. ус-. танавливаемая токозадающим реэистоТаким образом, изменение величины входного напряжения компаратора приводит к изменению позиции " единицы".
35 на выходах устройства. Она будет появляться:на выходе того j-ro каскада, для которого в данный момент выполняется условие Бои. U ол(м).
Выбором соответствующего напряже40 ния смещения + Е устраняется режим насыщения транзисторов 14-16. Так как все транзисторы устройства работают в активном режиме, то повышает-. ся быстродействие устройства. Необ45 ходимая величина максимального коллекторного тока транзисторов 14 устанавливается с помощью генератора 4 тока, благодаря чему исключается необходимость в токоограничивающих резисторах и повышается чувствитель-. ность компаратора.
Нагрузка также не оказывает влияния на чувствительность устройства, так как нагрузочные резисторы включены в коллекторные цепи транзис торов 15 и их сопротивления не ска-. зываются на режиме работы транзисторов каскадов и глубине регенеративной обратной связи. Отсутствие высокоомиых токоограничивающих резисторов упрощает также реализацию устройства в интегральном исполнении.
Облегчается согласование многоустойчивого компаратора напряжения с другими устройствами, поскольку
65 его выходные сигналы представляют со993466
8 формула изобретения
7 бой однополярные(положительные импул сы, амплитуду . которых (уровень "единицы") можно устанавливать путем изменения сопротивления резисторов.
Работоспособность предлагаемого устройства, в отличие от известного многоустойчивого компаратора, не нарушается даже при нулевых значениях сопротивления нагрузки.
Многоустойчивый компаратор напря-! жения, содержащий W входных дифференциальных .каскадов на транзисторах, базы которых соответственно подключены к источнику входного напряжения и источнику опорных напряжений, коллекторы транзисторов соседних каскадов попарно объединены и подключены через.коллекторные резисторы к шине первого источника напряжения, а эмиттеры транэисторовкаждого каскада через транзисторный генератор тока и токостабилизирующий резистор соединены с шиной второго источника напряжения, базы транзисторов всех генераторов тока подключены к третьему источнику напряжения, источник смещения, транзисторы,и резисторы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности сравФ нения. в него введены Л, выходных ь- дифференциальных каскадов на тран. зисторах противоположной проводимости транзисторам входных дифференциальных каскадов с общим источником тока, причем базы транзисто5 ров выходных дифференциальных каскадов подключены к источнику смещения. а коллекторы транзисторов первого плеча соответственно подключены к выходным шинам устройства и через
10 нагруэочные резисторы к общей шине, коллекторы транзисторов второго плеча выходных дифференциальных каскадов соответственно подключены к общей точке токостабилизирующего реэис 5 тора и транзисторного генератора тока предыдущего входного дифференциального каскада, а эмиттеры транзисторов каждого выходного дифференциального,каскада соответственно соединены через переход коллектор-эмит10 тер транзистора и общий для всех выходных дифференциальных каскадов источник тока с шиной первого источника напряжения, а базы транзисторов соответственно соединены с объединенными коллекторами транзисторов входного дифференциального каскада °
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Зо Р 773568, кл. G 05 В 1/01, 23;10.80
2. Авторское свидетельство СССР
Р 660226, кл. Н 03 E 5/24, 30.04.79..