Многоустойчивый компаратор тока Советский патент 1984 года по МПК G05B1/01 

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в параллельных и в парадлельно-последовательньш аналого-цифровых преобразо вателях, а также для построения амплитудных анализаторов в радиоизмерительных приборах и в системах ав .томатического контроля. Известны многоустойчивые компараторы, выходная информация которых представлена в виде позиционного еди ничного кода и содержащие п дифферен циальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие с источниками входного сигнала, при этом в каждьш каскад введены генераторы тока, вклю ченные в эмиттерные цепи, выходные транзисторные ключи, дополнительные транзисторы, резисторы, источник сме щающего напряжения, причем коллекторы сравнивающих транзисторов попарно объединены и через резисторы подключены к шине источника питания, коллекторы выходных транзисторньк ключей, базы которых соединены с резисторами, а эмиттеры объединены и подключены к источнику смещающег.о напря жения и через резисторы соединены с базами дополнительных транзисторов коллекторы которых через резисторы соединены с базами выходных транзисторных ключей, а эмиттеры - с токозадающими резисторами генераторов тока соседних дифференциальных каска --f.- дов с меньшим опорным напряжением 1J Недостатками таких устройств явля ются сложность технической реализации и низкая чувствительность, приводящая к появлению неоднозначности в выходном эквиваленте. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является многоустойчивый компаратор тока, содержащий N транзисторных генера ilropoB тока, N сравнивающих транзисторов, коллекторы которых подключены к шине нулевого потенциала через туннельные диоды, N выходных транзис торных ключей, входы которых подключены параллельно соответствующим тун нельным диодам, а выводы эмиттерных резисторов транзисторных генераторов тока подключены к шине источника питания, резистор и источник измеряеь 1о го тока, при этом базы сравнивающих транзисторов соединейы соответственно с источниками измеряемого тока и опорного напряжений, а, коллекторы с туннельными диодами, причем коллекторы выходных транзисторных ключей через последовательно соединенные диод и резистор каждого сравнивающего транзистора соединены с токозадающими резисторами генераторов тока, а через конденсаторы - с коллекторами сравнивающих транзисторов соседних мпадших сравнивающих транзисторов и. катодами туннельных диодов, аноды которых соединены с шиной источника питания, причем коллектор N jсравнивающего транзистора соединен через резистор с шиной источника питания 2 . Недостатками таких устройств являются сложность технической реализации и низкое быстродействие, вызванное необходимостью наличия периоди- i чески следуюЕцих импульсов сброса и конденсаторов, затягивающих переходные процессы. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение. Поставленная цель достигается тем, что в многоустойчивый компаратор тока, содержащий N транзисторных генераторов тока, N сравнивающих транзисторов, коллекторы которых подключены к шине нулевого потенциала через туннельные диоды, N выходных транзистор- ных ключей, входы которых подключены параллельно соответствующим туннельным диодам, а выводы эмиттерных резисторов транзисторных генераторов тока пoдkлючeны к шине источника питания, резистор и источник измеряемого тока, введены встречно-параллельно соединенные диоды, два стабилитрона, при этом змиттеры сравнивающих р-П-р-транзисторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала через общий генератор тока, подключены к соответствующим коллекторам И-р-П-транзисторов транзисторных генераторов тока, а соседние коллекторы транзисторов транзисторных генераторов тока соединены между собой через встречно-параллельно включенные диоды, причем коллектор транзистора первого транзисторного генератора тока соединен с выходом источника измеряемого тока, коллектор последнего транзисторного генератора тока подключен через встречно-параллельно включенные, диоды к первому выводу резистора, второй вывод которого непосредственно подключен к базам транзисторов транзисторных генераторов тока и через первый стабилитрон к тине источника питания, а пер вый вывод- резистора подключен через второй стабилитрон к шине нулевого потенциала. На фиг. 1 представлена принципиальная схема многоустойчивого компаратора тока; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Многоустойчивый компаратортока, содержит транзисторные генераторы тока 1-1-1-VI, выполненные на транзисторах 2 и токозадающих резистоpax 3, при этом базы транзисторов подключены к источнику напряжения смещения, выполненного на стабилитро не 4 и резисторе 5, а каждый коллектор транзистора транзисторного генератора тока 1-П подключен к коллектору транзистора последующего транзисторного генератора тока через встречно-параллельно включенные диоды 6-1-6-(|Г1-1) и 7-1-7-(П-1), при этом коллектор транзистора 3 первого транзисторного генератора тока подключен к шине нулевого потенциала через источник измеряемого тока 8, а коллектор транзистора последнего транзисторного генератора тока 1-п подключен к шине нулевого потенциала через последовательно соединенные встречно-параллельно включенные диод б-П и 7-п и стабилитрон 9, причем коллекторы транзисторов 3 транзистор ных генераторов тока подключены соот ветственно к базам сравнивающих тран зисторов 10-1 - 10-п, эмиттеры которых через генератор 11 тока подключены к шине нулевого потенциала, а коллекторы - соответственно к туннел ному диоду 12 и базе транзистора 13, коллектором подсоединенному к второму источнику Ео напряжения через резистор 14, при этом туннельный диод 12, транзистор 13 и резистор 14 с их связями между собой образуют выходные транзисторные ключи 15-1 15-п, а резисторы 3 и стабилитрон 4 своими выводами подключены к первому источнику Е( напряжения. Устройство работает следующим образом. С помощью генераторов тока 1-1 1-п задаются опорные токи 1. -1д„р величины которых устанавливают пороговые уровни тока переключения компа ратора и определяются сопротивлениями резисторов 3 и напряжением стабилизации стабилитрона 4. Эти токи протекают через диоды 7-1 - 7-ц и стгьбилитрон 9. Поэтому потенциал точек соединения коллекторов транзисторовгенераторов тока 1-п - 1-1 и диодов 7-п - 7-1 постепенно понижается. При отсутствии измеряемого тока (ij(0) он будет самым низким, на коллекторе первого транзистора-генератора , . Сравнивающие транзисторы 10-1 10-п, на базы которых подаются коллекторные напряжения транзисторовгенераторов тока 1-1 - 1-п образуют многовходовой переключатель тока. Величина переключаемого тока задается генератором 11 тока и превышает пиковое значение тока туннельных диодов 12 выходньк транзисторных ключей 15-1 - 15-п. Поскольку при наиболее низким оказывается потенциал базы транзисторов 10-1, то весь ток генератора 11 протекает через туннельный диод 12 первого выходного ключа 15-1. Этот туннельный диод находится в высоковольтном состоянии и отпирает транзистор 3 ключа 15-1. Все остальные ключи 15-2 - 15-h заперты, так как их туннельные диоды находятся в низковольтном состоянии (фиг. 2). При нарастании тока i (фиг. 2о) состояние выходного кода компаратора 011...1 не изменится до тех пор,.пока измеряемый ток источника 8 меньше чем IOPJ. При 1,„,хотя часть коллекторного тока транзистора 2 генератора тока 1-1 и начнет ответвляться на источник измеряемого тока 8, однако излишек тока -i j( продолжает протекать через диоды 7-1 - 7-п, поддерживая потенциал базы транзистора 10-1 самым низким. Когда ток i превысит величину тока 1о„ , то разностный ток Ig, -i меняет знак и начинает протекать через диод 6-1, вычитаясь из тока Л генератора тока 1-2. Потенциал базы транзистора 10-1 начинает превьшать на величину прямого радения напряжения ид,:0,7В, диода 6-1 потенциал базы транзистора 10-2, который теперь оказывается самым низким. Это вызывает переключение тока генератора 11, который, протекая через транзистор 10-2, переводит туннельный диод 1.2-2 в высоковольтное состояние и откры31вает ключ 15-2. Ключ 15-1 при этом запирается (фиг. 2а,б,в), поскольку его туннельный диод переходит в низковольтное состояние, и выходной код компаратора тока принимает новое зна чение 101... 1. Второе устойчивое состояние компа ратора, соответствующее коду 101... сохраняется до тех пор, пока I i. И.„, Если измеряемый ток попадает в зону , то компаратор снова изменит свое состояние (фиг.2а,г и на его выходах устанавливается новое значение кода 1101...1. Таким образом,попадание входного сигнала 1.. в определенные зоны, устанавли .Баемые с помощью токов , Ignn нераторов тока 1-1 - 1-П, вызывает переключение компаратора в соответствующее устойчивое состояние и изме нение его выходного кода. Для переключения многовходового переключателя тока на сравнивающих транзисторах 10-1 - 10-П достаточно изменения напряжения на базе одного из них на 0,2-0,3 В. Изменение же Потенциала на базах этих транзисторов, вызванное изменением входного 3 тока компаратора, происходит на величину, равную удвоенному значению прямого падения на диодах 2U,0,3B. Все это, а также высокая стабильность пиковых значений токов туннельных Диодов, обеспечивают четкое пере(Ключение многоустойчивого компаратора тока из одного устойчивого состояния в другое и устраняют неоднозначность выходного кода. Транзисторы-генераторы тока, всегда находятся в активном режиме, исключается также необходимость в импульсах сброса и в конденсаторах, предназначенных для возвращения туннельных диодов в исходное низковольтное состояние. Это позволяет намного повысить быстродействие устройства, снизить динамические погрешности, вызываемые резкими изменениями входного сигнала, а также значительно упростить построение многоустойчивого компаратора. Поэтому предлагаемое устройство особенно перспективно для применения в быстродействующих асинхронных параллельно-последовательных аналого-цифровых преобразователях следящего типа.

МНОГОУСТОЙЧИВЫЙ КОМПАРАТОР ТОКА, содержащий N транзисторных генераторов тока, N сравнивающих транзисторов, коллекторы которых подключены к щине нулевого потенциала через туннельные диоды, N выходных транзисторных ключей, входы которых подключены параллельно соответствующим туннельным диодам, а выводы эмиттерных резисторов транзисторных генераторов тока подключены к шине источника питания, резистор и источник измеряемого тока, отличающий-, с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения, в него введены встречно-параллельно включенные диоды, два стабилитрона, при этом эмиттеры сравнивающих р- п -р-транзисторов объединены и подключены к щине нулевого потенциала через общий генератор тока, их базы подключены к соответствующим коллекторам п-р-птранзисторов транзисторных генераторов тока, а соседние коллекторы транзисторов транзисторных генераторов тока соединены между собой через встречно-параллельно включенные диоды, причем коллектор транзистора первого транзисторного генератора тока соединен с выходом источника измеряе§ мого тока, коллектор последнего транзисторного генератора тока подклю(Л чен через встречно-параллельно вклюс ченные диоды к первому выводу резистора, второй вывод которого непосредственно подключен к базам транзисторов транзисторных генераторов тока и через первый стабилитрон к шине источника питания, а первый вывод ю ;о резистора подключен через второй стабилитрон к пмнё нулевого потенциаУ1 ла. х 9