Электронный коммутатор Советский патент 1985 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в модуляторах импульсно-кодовой модуляции в качестве дискретизатора.

По основному авт. св. № 801249 известен коммутатор, содержащий две пары транзисторов противоположных типов проводимости, два генератора тока, два ключевых элемента и операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен накопительный конденсатор, к выходу операционного усилителя подключен один выход масштабного резистора, другой вывод которого соединен с выводом токозадающего резистора и базами первой пары транзисторов противоположных типов проводимости, выходы первого генератора тока и первого ключевого элемента соединены между собой и с эмиттерами транзисторов типа р-п-р, выходы второго генератора тока и второго ключевого элемента соединены между собой и с эмиттерами транзисторов типа п-р-п, коллекторы второй пары транзисторов противоположных типов проводимости подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, а базы - к неинвертирующему входу, который соединен с источником напряжения смещения.

Целью изобретения является уменьшение погрешности коммутации электронного коммутатора за счет исключения скачка напряжений в точке соединения масштабного и токозадающего резистора, а также за счет исключения неодновременности запирания пар транзисторов разного типа проводимости.

На чертеже приведена электрическая схема электронного коммутатора.

Электронный коммутатор содержит первый операционный усилитель 1, между выходом и инвертирующим входом которого включен накопительный конденсатор 2. К выходу первого операционного усилителя 1 подключен один вывод масщтабного резистора 3, другой вывод которого соединен с выводом токозадающего резистора 4 и базами транзисторов 5 и 6, образующих первую пару транзисторов противоположных типов проводимостей. Коллекторы транзисторов 5 и 6 подключены к соответствующим источникам питающего напряжения. Коллекторы транзисторов 7 и 8, образующих вторую пару транзисторов противоположных типов проводимостей, подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя 1, а базы транзисторов 7 и 8 - к его неинвертирующему входу, который соединен с источником напряжения смещения. Эмитгеры транзисторов 5 и 7 типа р-п-р соединены между собой и подключены к выходам первого генератора 9 тока и первого ключевого элемента 10. Эмиттеры транзисторов 6 и 8 типа п-р-п соединены между собой и подключены к выходам второго генератора 11 тока и второго

ключевого элемента 12. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя 13 подключен к источнику смещения Еск, инвертирующий вход - к точке соединения резисторов 14 и 15, образующих первую пару. Другие выводы резисторов 14 и 15 подключены к входам первого 10 и второго 12 ключевых элементов. Выход второго операционного усилителя 13 подключен к точке соединения резисторов 16 и 17, образующих

0 вторую пару. Другие выводы резисторов 16 и 17 соединены соответственно с входом второго ключевого элемента 12 непосредственно и через диод 18 с входом первого ключевого элемента 10. Первый вход третьего ключевого элемента 19 подключен к точке

5 соединения диода 18 с резистором 17 второй пары, второй вход - с источником смещения Есм, а выход - с точкой соединения масщтабного 3 и токозадающего 4 резисторов.

Ключевые элементы 10 и 12 выполнены, например, на диодах Шоттки, можно использовать другие элементы, например транзисторы, что может оказаться удобным для некоторых случаев.

5 Ключевой элемент 19 выполнен на транзисторе 20 р-п-р типа, к базе которого подключен один вывод токоограничивающего резистора 21. Другой вывод этого резистора 21 образует первый вход третьего ключевого элемента 19. Коллектор (эмиттер) тран0 зистора 20 образует второй вход третьего ключевого элемента, а эмиттер (коллектор) его выход (второй вариант подключения транзистора 20 может оказаться удобным для некоторых случаев).

Резисторы 14 и 15 выбирают равными

между собой.

Резисторы 16 и 17 выбирают из условия протекания через них равных токов с учетом падения напряжения на диоде 18.

Электронный коммутатор работает следующим образом.

Коммутатор работает в двух режимах: выборки и хранения. На входы ключевых элементов 10 и 12 подаются коммутирующие импульсные сигналы, которыми могут быть сигналы с противофазных выходов

5 элемента электронно-связанной логики (ЭСЛ). На вход смещения подается напряжение ЕСН, меньшее синфазного уровня ко.ммутирующих сигналов (полусумма напряжения логических уровней), управляющих ключевыми элементами 10 и 12, на величину

0 дрейфа и нестабильности этого синфазного уровня. В режиме выборки на соединенные вместе ключевого элемента 10, выводы диода 18 и резистора 14 подается напряжение положительной полярности относительно потенциала Нем, а на соединенные

5 вместе вход ключевого элемента 12 и выводы резисторов 15 и 16 - напряжение отрицательной полярности относительно потенциала смещения ЕС,К. При этом ключевые

элементы 10 и 12 заперты. Также заперт ключевой элемент 19. В точке соединения равных резисторов 14 и 15 образуется напряжение, равное полусумме напряжений логических уровней коммутирующих сигналов (синфазный сигнал) и превышающее величину ЕС.М. Величина превыщения усиливается операционным усилителем 13, на его выходе образуется отрицательное напряжение, через резисторы 16 и 17 текут равные между собой токи, смещающие противофазные выходы логического элемента ЭСЛ так, что полусумма напряжений на выходах логического элемента становится равной ЕСМ. Транзисторы 5 и 7 образуют дифференциальный каскад, последовательно с выходом которого включается выход второго дифференциального каскада на транзисторах 6 и 8. Оба эти каскада работают параллельно и выход одного является динамической нагрузкой для другого. В результате в режиме выборки транзисторы 5- 8 работают как усилитель, выходной ток которого это есть ток перезаряда накопительного конденсатора 2, меняющийся таким образом, что напряжение на конденсаторе равно напряжению на масщтабном резисторе 3. Последнее в свою очередь определяется входным током устройства, протекающим через токозадающий резистор 4.

Хранение напряжения реализуется на накопительном конденсаторе 2. Для этого полярности напряжений на управляющих входах ключевых элементов 10 и 12 относительно потенциала БОН изменяются на противоположные. Ключевые элементы 10, 12 и 19 отпираются, а транзисторы 5-8 запираются. Выходное напряжение устройства поддерживается неизменным, поскольку заряд на накопительном конденсаторе может меняться только при наличии коллекторных токов транзисторов 7 и 8, тока утечки в цепи инвертирующего входа первого операционного усилителя 1 или изменении напряжения на выходе последнего. Второй операционный усилитель 13 усиливает разность между напряжением смещения ЕСМ и напряжением в точке соединения резисторов 14 и 16 первой пары и задает соответствующее напряжение в точку соединения резисторов 16 и 17, так что упомянутая разность близка к нулю.

Переход из режима выборки в режим хранения выполняется по парафазным фронтам коммутирующих сигналов на входах ключевых элементов 10 и 12: отрицательному на входе ключевого элемента 10 и положительному на входе элемента 12. Отпирание ключевых элементов 10 и 12 происходит в тот момент, когда фронты коммутирующих сигналов достигают уровня напряжения, равного напряжению смещения ЕСП, при условии, что напряжения на базах транзисторов 5 и 6 также равно ЕС.НСнижение погрешности коммутации достигается за счет исключения изменения напряжения в точке соединения токозадающего 4 и масщтабного резисторов 3, т. е. на соединенных базах транзисторов 5 и 6. Такое изменение имеет место в схеме прототипа по нескольким причинам. 5 Часть коммутирующего сигнала просачивается через эмиттерно-базовые переходы транзисторов 5 и 6 и, изменяя напряжение на их базах, меняет напряжение запирания транзисторов 5-8. Введение третьего

o ключевого элемента 19, усилителя 13, резисторов 14-17, диода 18 и связей позволяет исключить изменение напряжения запирания транзисторов 5-8.

Они запираются одновременно, что исключает перезаряд накопительного конденсатора

5 2, и таким образом достигается положительный эффект.

С момента перехода в режим хранения ток через токозадающий резистор 4 не уравновешивается током через масштабный резистор 3, на этих двух резисторах образуется делитель входного напряжения. В схеме прототипа соответствующая часть входного напряжения в точке соединения резисторов 3 и 4 поступает на базы первой пары транзисторов 5 и 6 противоположных типов проводимости и при достаточной величине может отпереть их, даже привести к пробою эмиттерно-базового перехода транзисторов 7 и 8. Это же напряжение в сумме с проникающей частью коммутирующего сигнала приложено через масштабный резистор

0 3 к выходу операционного усилителя 1 и подключенному к нему одному выводу накопительного конденсатора 2. Изменение тока нагрузки операционного усилителя 1 при изменении входного напряжения и коммутации приводит к появлению напряжения

5 ошибки на выходе упомянутого усилителя , что равнозначно изменению напряжения на накопительном конденсаторе. Это есть погрешность коммутации. Введение усилителя 13, резисторов 14-17, диода 18, ключевого

„ элемента 19 и связей позволило исключить изменение напряжения в точке соединения токозадающёго 4 и масштабного 3 резисторов в режиме хранения. После прихода коммутирующего сигнала третий ключевой элемент 19 отыгрывается строго одновременно с первым и вторым ключевыми элементами 10 и 12, поэтому на базы транзисторов 5 и 6 поступает напряжение смешения ЕСИ как и в режиме выборки, в котором такое напряжение образуется из-за отрицательной обратной связи, охватываю0 щей первый операционный усилитель 1.

Источником погрешности является неодновременность отпирания ключевых элементов 10 и 12. Благодаря введению операционного усилителя 13, диода 18, резисторов 14-17, ключевого элемента 19 исключено непостоянство полусуммы логических уровней перед сменой режимов работы устройства и скачок напряжения на базах тран-.

511888746

зисторов 5 и 6. Поэтому ключевые эле- временно и исключен подзаряд накопительменты 10, 12 и 19 открываются, а тран- ного конденсатора 2 коллекторным током зисторы 5-8 закрываются строго одно- одного из транзисторов 7 илн 8.

ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР по авт. св. № 801249, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности коммутации, в него введены второй операционный усилитель, две пары последовательно соединенных резисторов, третий ключевой элемент и диод, неинвертируюш,ий вход второго операционного усилителя подключен к источнику смещения, инвертирующий вход - к точке соединения резисторов первой пары, другие выводы которых подключены к входам первого и второго ключевых элементов соответственно, выход второго операционного усилителя подключен к точке соединения резисторов второй пары, другие выводы которых соединены соответственно с входом второго ключевого элемента непосредственно и через диод с входом первого ключевого элемента, первый вход третьего ключевого элемента подключен к точке соединения диода с одним из резисторов второй пары, второй вход - с источником смещения, а выход - с точкой соединения масштабного и токозадающего резисторов. Bwxocf