Коммутатор аналоговых сигналов Советский патент 1989 года по МПК H03K17/422 

1

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в контрольно-измерительных системах

Целью изобретения является повышекие быстродействия коммутатора путем введения в каждый ключевой элемент управляемого повторителя напряжения, ограничителя тока, диодного моста и оптрона, обеспечения линейного ре- жима работы всех элементов устройства, использования быстр одействзпоще цепи обратной связи, реконфигурации цепи обратной связи усилительного звена с целью исключения насыщения дифференциального усилителя и использования регулируемого уровня защиты выхода по току нагрузки с помощью управляемого повторителя напряжения.

На чертеже приведена принципиаль- ная схема коммутатора аналоговьк сигналов, содержащего несколько каналов о .

Ко№1утатор аналоговых сигналов содержит регистр 1 управления и в каждом канале передачи ключевой элемент 2 и управляемьй источник 3 тока Каждый ключевой элемент 2 состоит из дифференциального усилителя 4, управляемого повторителя 5 напряже- НИН, диодного моста 6, оптрона 7, ограничителя В тока и четырех резисторов 9-12..

Входы дифференциального усилителя 4 подключены к общим точкам попарно последовательно включенных первого и второго, третьего и четвертого резисторов 9-12 соответственно. Свободные выводы первого и третьего резйсторов 9 и 11 подключены к входам 13 каналов передачи. Свободный вывод второго резистора 10 соединен Q обще шиной 14, а свободный вьшод четвертого резистора 12 - с выходом 15 управляемого повторителя 5 напряжения.

Вькод 16 дифференциального усилителя 4 подключен через ограничитель 8 тока выполненный, например, на полевом транзисторе, к входу 17 управляемого повторителя 5 напряжения, а через фототранзистор 18 оптрона 7 - к инверсному входу дифференциального усилителя 4.

Входная диагональ диодного моста 6 включена между вьосодами 16 и 15 дифференциального усипителя 4 и управляемого повторителя 5 напряжения . соответственно, а в выходную диагональ того же диодного моста 6 включен светодиод 19 оптрона 7. Выходы 15 управляемых повторителей 5 напряжения подключены к выходной щине 20 уетройствао Выходы регистра 1 управления подключены к управляющим входам 21 управляемых источников 3 тока, выходы 22 я 23 которых соединены с управляющими входами 24 и 25 згправ- ляемых повторителей 5 напряжения.

Управляемый повторитель 5 напряжения осуществляет защиту по току закрытого ключевого элемента 2 или передает на выходную шину 20 1соммутато- ра усипенный коммутируемый сигнал. Управляемый повторитель 5 напряжения содержит два транзистора 26 и 27 первого типа и два транзистора 28 и 29 второго типа, два диода 30 и 31 и пять резисторов 32-36.

Вход 17 управляемого повторителя 5 напряжения через разнополярно включенные диоды 30 и 31 .подключен к коллекторам первых транзисторов 26 и 28 ;и базам вторых транзисторов 29 и 27 противоположного типа. Эмиттеры первых транзисторов 26 и 28 через первый и второй резисторы 32 и 33 соответственно подключены к шинам 37 и 38 питания, между которыми последовательно включены вторые транзисторы 27 и 29 обоих типов и последователь314589714

но соединенные третий, четвертый и ляется напряжением на входе открыто- пятьй резисторы 34, 35 и 36.го ключевого элемента. Уровень защиТочка соединения эмиттеров вторых ты задается соотношением величин транзисторов 27 и 29 является выходом резистивного делителя, образованного управляемого повторителя напряжения. третьим, четвертым и пятым резисто- Общие точки третьего и четвертого рами 34, 35 и 36 управляемого повто- резисторов 34 и 35, четвертого и пя- рителя напряжения.

того резисторов 35 и 36 соедине ны Дпя открывания ключевого элемен- с базами первых транзисторов 26 и 28 Ю та 2 ток соответствующего упраяля- обоих типов и являются управляющими емого источника 3 тока увеличивается входами управляемого повторителя 5 на 2-3 порядка, что приводит к резко- напряжения.му увеличению тока ограничений - выУправляемый источник 3 тока содер- ходного тока управляемого повторите- жит два транзистора 39 и 40 дополни- 15 ля напряжения.

тельного типа, соединенные между со- Удержание потенциала на выходной бой через резистор 41 последователь- шине 20 на определенном уровне, от- но. Коллекторы транзисторов 30 и 40 . личном от значения сигнала на входах дополнительного типа подключены к вы- п данного канала передачи, приводит ходам 22 и 23 управляемого источника 20 к разрушению обратной связи дифферен- 3 тока. База одного транзистора со- циального усилителя 4, причем если единена с управляющим входом 21 управ- для открытого ключевого элемента 2 ляемого источника тока, а база друго- потенциал на выходе 16 дифференциаль- го транзистора - с общей шиной 14. ного усилителя 4 близок к потенциалу Между эмиттером одного и базой друго- 2Ь „а выходе 15 управляемого повторите- го транзисторов дополнительного типа ля 5 напряжения, для закрытого при включена диодно-резистивная цепоч- разрушении обратной связи эти потен- ка 2,циалы отличины, что приводит к появКоммутатор аналоговых сигналов ра- лению тока в выходной диагонали диод- ботает следующим образом. 30 ного моста 6. В результате возбуждаСигналы управления с регистра 1 ется светодиод 19 и фототранзистор управления, состояние которого.опре- 18 замыкает дополнительную цепь обделяется управляющим словом, посту- ратной связи дифференциального усили- пающим в регистр от блока управления, теля 4. Эта цепь исключает выход подаются на управляющие входы 21 s дифференциального усилителя -4 в ре- управляемых источников 3 тока. При жим насыщения и вносит 100%-ную отри- этом величина тока на выходах 22 и дательную обратную связь. Поэтому вы- 23 во включенном состоянии канала ход 16 дифференциального усилителя 4 передачи в 100-1000 раз больше, чем отслеживает дифференциальный сигнал при выключенном состоянии. Элементы 40 на входах 13 закрытого канала переда- управляемого источника 3 тока работа- чи, а сам дифференциальный усилитель ют в линейном режиме.сохраняет линейный режим работы. Для

Токовые сигналы, формируемые уп- исключения влияния вькода 16 диффе- равляемым источником 3 тока, опреде- ренциального усилителя 4 на баланс ляют режим работы управляемого повто- 45 токов входных цепей управляемого по- рителя 5 напряжения, а именно с по- вторителя 5 напряжения в режиме огра- мощью этих сигналов изменяется вепи- ничения тока в выходную цепь дифферен- чина внутреннего выходного сопротив- циального усилителя включен ограничи- ления и, следоват ьно, величина вы- таль 8 тока, ходного тока управляемого повторите- 50, ля 5 напряжения. При работе коммутатора переключеДля закрытого ключевого элемен- ния дифференциального усилителя не та 2 управлякщие токи соответству- происходит и он все время работает ющего управляемого источника 3 тока в линейном режиме. Не затрачивается малы. При этом срабатьшает защита 55 время также на включение соответст- выхода повторителя напряжения закры- вующего управляемого источника и на того ключевого элемента и ограничи- вьшод дифференциального усилителя вается его выходной ток. Сигнал на на рабочий режим. Реконфигурируемая выходной шине 20 коммутатора опреде- . цепь обратной связи не содержит резисторы и, следовательно, является быстродействующей.

Формула изобретения

1. Коммутатор аналоговых сигналов содержащий регистр управления, ляемые источники тока и ключевые элементы, каждый из которых содержит

дифференциальный усилитель и четыре резистора, первые выводы резисторов попарно соединены и подключены к вхо 1дам дифференциального усилителя, вторые выводы первого и третьего резисторов являются входами кангшов передачи, второй вьшод второго резисто- . ра подключен к общей шине, а второй вывод четвертого резистора соединен с выходной шиной коммутатора, выходы регистра управления подключены к управляющим входам управляемых источников тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в каждый ключевой элемент дополнительно введены оптрон, ограничитель тока, диодный мост и управляемый повторитель напряжения, причем выход дифференциального усилителя подключен через ограничитель тока к входу управляемого повторителя напряжения, а через фототранзистор оптрона - к инверсному входу дифференциального усилителя, входная диагональ диодного моста включена между выходами дифференциального усилителя и управляемого повтсфителя напряжения, а в выходную диагональ того же диодного моста включен светодиод оптрона, выходы управляемьпс источников тока подключены соответственно к управляющим входам управляемых по- вторителей напряжения, выходы которых подключены к выходной шине коммутатора.

10

15

4589716

2„ Коммутатор.по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения управления уровнем защиты по току, управляемый повторитель напряжения содержит два транзистора первого типа и два транзистора второго типа, два диода и пять .резисторов вход управляемого повторителя напряжения через азнополяр- но включенные диоды подключен к коллекторам первых транзисторов первого и второго типов и базам вторых транзисторов противоположного типа, эмиттеры первых транзисторов разного типа соответственно через первый и ВТО1ЮЙ резисторы подключены к шинам питания, меяоду которыми также включены последовательно вторые транзис20 торы обоих типов и последовательно соединенные третий, четвертый и пятый резисторы, точка соединения эмиттеров вторых транзисторов разного типа является выходом управляемо-

25 го повторителя напряжения, общие точки третьего и четвертого, а также четвертого и пятого резисторов соединены соответственно с базами первых транзисторов разного типа и являются управляющими входами управляемого повторителя напряжения.

30

3. Коммутатор поп, 1, отличающийся тем, что управля35 источник тока содержит два транзистора разного типа, которые соединены через резистор последовательно, а коллекторы которых являются выходами управляемого источника тока ба40 за одного транзистора соединена с

управляюпщм входом управляемого источ ника тока, а база другого - с общей шиной, между эмиттером одного и базой другого транзисторов включена

45 диодно-резистивная цепочка.

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в контрольно- измерительньк системах. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства за счет обеспечения линейного режима работы всех элементов, использования быстродействугацей цепи обратной связи для исключения насыщения дифференциального усилителя. Цель достигается путем введения