Переключающее устройство Советский патент 1985 года по МПК H03K17/687 

Изобретение относится к электрон ной импульсной технике, а именно к коммутационной технике, и может быть использовано в вычислительных и измерительных устройствах.

Целью изобретения является рас ширение функциональных возможностей переключающего устройства, конкрет но достижение возможности коммути ровать знакопеременное напряжение источника сигнала путем формирования из управляющих импульсов на шинах, питания устройства разнополярных по стоянных напряжений, смешенных относительно общей шины и нулевой шины источника управляющих импульсов. На фиг. 1 показана функциональная схема переключающего устройства; на фиг.2 и 3 принципиальные схемы возможного выполнения ключей на К МДП Транзисторах, которые могут быть использованы в переключающем устройстве.

Устройство содержит (фиг. 1) ключ 1 на К МДП Транзисторах, пер вый 2 и второй 3 выпрямительные диоды, накопительнь1й 4 и разделитель ный 5 конденсаторы, второй накопи тельный конденсатор 6, сопротивле ние 7 утечки и стабилитрон 8.

Общая точка последовательно со гласно включенных выпрямительных диодов 2 и 3 подключена к управляю щей шине 9 ключа 1 и через раздели тельный конденсатор 5 к управляющей шине 10 устройства. Между первой 11 и второй 12 шинами пи гания ключа 1 включены попарно последовательно первый 2 и второй 3 выпрямительные ди оды, накопительные конденсаторы 4 и 6, стабилитрон 8 и резистор 7 уте чек. Катоды первого выпрямительного диода 2 и стабилитрона 8 подключены к первой 11 шине питания ключа 1, к второй шине 12 питания которого подключены второй накопительный кон денсатор 6 и резистор 7 утечки. К общей шине 13 устройства подключены общие точки накопительных конденса торов 4 и 6 и соответственно резис тора 7 утечки и стабилитрона 8. Об щая щина 13 устройства смещена относительно нулевой шины 14 на величину напряжения смещения.

Входной сигнал подается между общей шиной 13 и входной шиной 15 устройства, которая подключена к входной шине 16 ключа 1, а выходной

сигнал снимается с нагрузки, подклю чаемой между общей шиной 13 и выход ной шиной 17 устройства, которая со единена с выходной шиной 18 ключа 1.

На фиг. 1.приведен также один из возможных вариантов реализации клю ча 1 на К МДП Транзисторах. Ключ 1 содержит два К МДП Инвертора 19 и 20, которые подключены между пер

вой 11 и второй 12 шинами питания ключа 1, два коммутирующих зистора 21 и 22, которые включены параллельно между входной 16 и вы ходной 18 шинами ключа 1, и три управляющих МЛП Транзистора раз кого типа проводимости. Вход перво го К МДП Инвертора подключен к входной шине 9 ключа 1. Выход первого К МДП-инвертора 19 подключен к входу

второго К-МДП Инвертора 20 и к объеди ненным затворам коммутирующего МДП транзистора 21, управляющего МДП транзистора 23 и второго управляющего МДП Транзистора 25

па. Выход второго К МДП Инвертора

подключен к объединенным затворам ко коммутирующего МДП Транзистора 22 и первого управляющего МДП транзистора 24 . К первой ши

не 11 питания ключа 1 подключены объединенные подложки коммутирующего МД11 транзистора 21 и управля ющего МДП Транзистора 23 .

Сток и подложка второго управляю

щего МДП Транзистора 25 со единены с второй шиной 12 ключа 1. Управляющие МДП-транзисторы па 23 и 24 включены параллель но между выходной шиной 18 ключа 1

и истоком второго управляющего МДП транзистора 25 . Подложки коммутирующего МДП Транзистора 22 п-типа и первого управляющего МДП Транзис- тора 24 п-типа объединены и подклю

чены к истоку второго управляющего МДП транзистора 25 .

Устройство по фиг. 1 работает еле дующим образом.

На управляющую шину 10 устройства

подается последовательность управля ющих импульсов относительно нулевой ины 14. Импульсы напряжения через разделительный конденсатор 5 подаются на управляющую шину 9 ключа 1 и на

выпрямитель, образованный вьтрями тельными диодами 2 и 3 и накопительными конденсаторами 4 и 6. На конден саторах 4 и 6 при этом формируются

разнополярные относительно общей шины 13 напряжения, разность которых равна напряжению между первой 11 и второй 12 шинами питания ключа. 1 и которое является напряжением пита ния К МДП 1шверторов 19 и 20. Напряжения на конденсаторах 4 и 6 пульсируют в результате наличия тока питания ключа, -токов утечек и изменения скважности управляющих импульсов. Накопительный конденсатор 6 дополнительно разряжается через сопротивление 7 утечки и напряжение на нем уменьшается, причем во время действия очередного управляющего импульса напряжение на конденсаторе 4 увеличивается примерно на ту же величину. При определенном значении напряжения йа конденсаторе 4 пробивается стабилитрон 8 и фиксирует напряжение на первой пшне питания 11 ключа 1 на определенном уровне, тем самым фиксируется напряжение на второй шине }2 питания ключа , так как разность этих напряжений должна быть примерно равна амплитуде управляющих импульсов.

Состояние ключа 1 при наличии на пряжения питания на его шинах 11 и 12 питания определяется наличием или отсутствием сигнала на управляющей шнне ключа 9 и, следоватгль- но, на управляющей шине 10 устройства .При наличии на управляющей шине 10 устройства положительного сигнала на выходе первого К-МДП-инвертора 19 формируется отрицательный относительно общей шины 13 сигнал, а на выходе второго К-МДП-инверто- ра .20 - положительный.

В результате оба коммутирующих МДП-транзистора 21 и 22 открыты, входная 15 и выходная 17 шины устройства замкнуты и аналоговый входной сигнал нормально коммутируется если его напряжение не выходит из интервала, образованного разностью потенциалов шин 11 и I2 питания устройства. Если иа управляющей пшне 10 устройства нулевой сигнал, на выходах .первого и второго К-ОДП-инверторов формируются напряжения противоположной полярности и оба коммутирующих МДП-транзистора 21 и 22 будут закрыты. Ключ 1 при этом выключей и аналоговый сигнал с входной шины 15 не передается на выходную шину 17 устройства.

Управляющие МДП-транзисторы 23-25 обеспечивают высокую линейность ключа, так как в режиме открытого ключа подложка коммутирующего МДПтранзистора 22 п-типа подключается при помощи параллельно соединенньк управляющих МДП-транзисторов 23 и 24 к выходному коммутируемому сигналу. В режиме закрытого ключа подложка

коммутирующего МДП-транзистора 22 подключается к отрицательному потенциалу второй шины 12 питания ключа 1, что обеспечивает надежное запирание транзистора 22.

Ключ 1 на К-МДП-транзисторах по фиг. 1 обладает высокой линейностью, но имеет погрешность коммутации, связанную с паразитным набросом заряда на выходную шину 18 ключа 1 че-

рез коммутируюшде МДП-транзисторы в моменты изменения состояния ключа 1.

Меньшей погрешностью коммутации, но и меньшей линейностью обладает ключ на К-МДП-транзисторах на фиг.2.

Ключ .1 содержит К-МДП-инвертор 19 и два коммутирующих транзистора 20 и 21 различных типов проводимости, которые включены параллельно между входной 16 и выходной 18 шинами ключа 1.

Вход К-МДП-инвертора, подключенного между первой 11 и второй 12 шинами питания ключа 1, соединен с управляющей шиной 9 ключа 1 и затвором коммутирующего транзистора п-типа 21. Выход К-МДП-инвертора подключен к затвору коммутирующего МДП- транзистора р-типа. Подложки комму- тируюшдх МДП-транзисторов р- и п-типов подключены соответственно к пер-

вой 11 и второй 12 шинам питания ключа 1. В таком ключе потенциалы подложек обоих коммутирующих МДП- транзисторов фиксированы на уровне потенциалов шин питания и наброс

заряда на выходную шину 18 ключа 1 зависит от направления изменений состояния ключа 1, причем за период коммутации набросы заряда компенсируют друг друга.

В ключе 1 на К-МДП-транзисторах по фиг 3 использован компромисс между погрешностями коммутации из-за нелинейности ключа и из-за наброса заряда в выходную шину ключа 1.

Ключ 1 содержит К- ЩП-инвертор 19, пару коммутирукидих МДП-транзисто- ров 20 и 21 р- и п-типа, два управляющих МДП-транзистора 22 и 23 п-типа. Коммутирующие МДП Транзисторы включены параллельно между вхоД ной 16 и выходной 18 шинами ключа 1. Вход К-МДП ИНвертора I9, подключенного между первой И и второй 12 ши HaMji питания ключа 1, соединен с управляющей шиной 9 ключа 1 и затво- . рами коммутирующего МДП-транзисто- ра 21 п-типа и первого управляющего МДП-транзистора 22. Выход МДПинвертора подключен к объединенным затворам коммутирующего МДП-транзистора 20 р-типа и второго управляющего МДП-транзистора 23. Подложка коммутирующего МДП-транзистора р-типа подключена к первой щине 11 питания ключа 1. Сток и подложка второго управляющего МДП-транзистора 23 подключены к второй щине 12 питания ключа 1. Сток и подложка первого управляющего МДП-транзистора подключены к второй шине 12 питания ключа 1. Сток и подложка первого управляющего МДП-транзистора 22, исток которого подключен к выходной шине 1 ключа 1, объединены и соединены с подложкой коммутирующего МДП-транзис тора 21 п-типа и истоком второго управляющего МДП-транзистора. Ключ 1 на К-МДП-транзисторах по фиг. 3 работает в переключающем устройстве аналогично предыдущим ключам 1 с тем отличием, что в режиме открытого ключа 1 подложка коммутирующего МДП-транзистора 21 п-типа при помощи первого управляющего МДП-транзистора 22 подключается к коммутируемому сигналу, а в режиме закрытого ключа 1 при помощи второго управляющего МДП-транзистора 23 к второй шине питания 12 ключа 1. Использование дополнительных стабилитрона, резистора утечки и второго накопительного конденсатора и введение общей щины устройства существенно расширяет функциональные возможности и области применения переключающего устройства, так как помогает нормально коммутировать зна копеременное относительно общей ши- ны напряжение,котороеможет бытьсмещено относительнонулевой щинына значительное постоянное или медленно изменяющееся напряжение любой полярности.

во огг

ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее снабженный входной и выходной шинами ключ на К-МДП-тран зисторах, первый и второй выпрямительные диоды, накопительный и разделительный конденсаторы, между первой и второй шинами питания ключа на К-МДП-транзисторах последовательно согласно включены первый и. второй выпрямительные диоды, общая точка которых объединена с управляющей шиной ключа на К-МДП-транзисторах и через разделительный конденсатор соединена с управляющей шиной устройства, к первой шине питания ключа на К-МДП-транзисторах подк/по- чен один из выводов накопительного конденсатора и катод первого выпрямительного диода,, входная и выходная шины ключа на К-МДП-траизисторах подключены соответственно к входной и выходной шинам устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в устройство введены общая nofkn на, стабилитрон, резистор утечки и второй накопительный конденсатор, который включен параллельно с резистором утечки между второй шиной питания ключа на К-едП-транзисторах и общей шиной, к которой подключен второй вывод накопительного конденсатора и анод стабилитрона, катод которого подключен к первой .шине питания ключа на К-МДП-транзисторах. 1 X)