Входное устройство схемы сравнения токов Советский патент 1991 года по МПК H03K5/24 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в аналого-цифровых преобразователях и в цифровых измерительных приборах.

Цель изобретения - снижение мощности потребления за счет уменьшения потребления выходного каскада.

На чертеже представлена электрическая схема входного устройства схемы сравнения токов.

Устройство содержит входную шину 1, к которой подключены первый вывод первого резистора 2, эмиттер первого входного транзистора 3, эмиттер второго входного транзистора 4, база которого соединена с базой первого транзистора 5, коллектор которого соединен с базой второго транзистора 6. а эмиттер соединен с первой шиной нулевого потенциала 7 и эмиттером третьего транзистора 8, база которого соединена с базой первого входного транзистора 3, а коллектор - с базой четвертого транзистора 9, коллектор первого входного транзистора 3 соединен с базой пятого транзистора 10 и коллектором шестого транзистора 11, база которого соединена с коллектором и базой седьмого транзистора 12 и базой восьмого транзистора 13, коллектор которого соединен с первой шиной положительного питания 14, эмиттерами шестого 11 и седьмого 12 транзисторов, эмиттерами девятого 15 и десятого 16 транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, коллектор второго входного транзистора 4 соединен с базой одиннадцатого транзистора 17 и коллектором двенадцатого транзистора 18, база которого соединена с коллектором и базой тринадцатого транзистора 19 и базой четырнадцатого транзистора 20, коллектор которого соединен с первой шиной отрицательного потенциала 21, эмиттерами двенадцатого 18 и тринадцатого 19 транзисторов, эмиттерами пятнадцатого 22 и шестнадцатого 23 транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, база семнадцатого транзистора 24 соединена с первым выводом второго резистора 25, второй вывод которого соединен с базой восемнадцатого транзистора 26.

Кроме того, выходная шина 27 соединена с вторым выводом первого резистора 2 и первыми выводами первых двух встречно включенных диодов 28 и 29, вторая шина положительного потенциала 30, к которой подключены первый вывод первого конденсатора 31 и эмиттер пятого транзистора 10, коллектор которого соединен с эмиттером девятнадцатого транзистора 32, коллектор которого соединен с коллектором двадцатого транзистора 33 и выходной шиной 27, а

база соединена с эмиттером семнадцатого транзистора 24 и первым выводом третьего резистора 34, второй вывод которого соединен с базой двадцатого транзистора 33 и

эмиттером восемнадцатого транзистора 20, а коллектор соединен с первой шиной отрицательного потенциала 21 и коллектором второго транзистора 6,база которого соединена с коллекторами пятнадцатого 22 и ше0 стнадцатого 23 транзисторов, а эмиттер - с базой первого транзистора 5 и первым выводом четвертого резистора 35, второй вывод которого соединен с базой третьего транзистора 8 и эмиттером четвертого тран5 зистора 9, база которого соединена с коллектором девятого 15 и десятого 16 транзисторов, а коллектор - с первой шиной положительного потенциала 14 и коллектором семнадцатого транзистора 24, база ко0 торого соединена с эмиттером восьмого транзистора 13,эми(тер двадцатого транзистора 33 соединен с коллектором одиннадцатого транзистора 17, эмиттер которого соединен с второй шиной отрицательного

5 потенциала 36 и первым выводом второго конденсатора 37, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого конденсатора 31, с второй шиной нулевого потенциала 38, с первым выводом пятого

0 транзистора 39, второй вывод которого соединен с вторым выводом первой пары встречно включенных диодов 28, 29 и первым выводом второй пары встречно включенных диодов 40, 41, вторые выводы

5 которой соединены через шестой резистор 42 с входной шиной 1, базы девятого 15.и десятого 16 транзисторов соединены между собой и с базой седьмого транзистора 12, базы пятнадцатого 22 и шестнадцатого 23

0 транзисторов соединены между собой и базой тринадцатого транзистора 19.

Входное устройство схемы сравнения токов состоит из каскада смещения, задающего токи покоя всей схемы, реализованно5 го на резисторе 25, транзисторах 13 и 20 и двух отражателях тока на транзисторах 12, 15,16 и 19, 22,23; двух источников опорного напряжения для выходных транзисторов 32 и 33, реализованных на транзисторах 24, 26

0 и резисторе 34; схемы компенсации тока сдвига, содержащей источник тока на транзисторе 11 и токоотвод на транзисторе 18, значения токов которых зависят от значения коэффициентов /8 транзисторов 13 и 20 со5 ответственно; входного каскада, содержащего транзисторы 5 и 8 для входных транзисторов 4 и 3 соответственно, включенных по схеме с общей базой; каскада повышения перегрузочной способности входных транзисторов 3 и 4, реализованного на эмиттерных повторителях на транзисторах б, 9 и резисторе 35; каскада усиления тока на транзисторах 10 и 17. включенных по схеме с общим эмиттером; выходного каскада, содержащего транзисторы 32 и 33, включенные по схеме с общей базой; двухступенчатой схемы ограничения усиления при большом входном сигнале, реализованной на двух парах встречно включенных диодов 28, 29, 40. 41 и резисторах 39, 42.

С целью минимизации тока сдвига предлагаемого устройства параметры следующих групп транзисторов (10,20), (13,17), (3, 8), (4, 5), (11, 12, 15, 16) и (18. 19. 22, 23) должны быть идентичными.

Для значительного снижения наводок цифровых цепей питания на аналоговые в предлагаемом устройстве разделены цепи питания аналоговой (14, 7, 21) и цифровой (30, 38, 36) частей. Причем изменение величин питающих напряжений (например, 14 и 30) не приведет ни к каким нежелательным эффектам, так как транзисторы 10 и 17 управляются током, а не напряжением.

Устройство работает следующим образом.

0 При подаче питания через резистор 25 смещения и транзисторы 13 и 20 протекает ток смещения 1См, определяемый выражением:

,- Ui n«+U«itti-(U64Z+Ua.i3) + Ufaao) mRlis

где Опит, ипит21 - напряжения питания положительного и отрицательного источника питания соответственно;

U6312, 11бэ13, U6319. 1)бэ20 - напряжение база - эмиттер транзисторов 12, 13, 19, 20 соответственно;

R25 - значение номинала транзистора 25.

Через датчик тока на транзисторе 12, включенный по схеме диода, протекает базовый ток транзистора 13, т.е.

«-&

где Из - ток через транзистор 12;

- коэффициент усиления по току р транзистора 13.

Аналогично через датчик тока на транзисторе 19 протекает базовый ток транзистора 20, т.е.

, ICM

|19 : Через датчик тока входного транзистора 3 на транзисторе 8 протекает ток Is, равный

.2 ICM

8 iTАналогично через датчик тока на зисторе 5 протекает ток Is. равный

I5 2

Через входные транзисторы 3 и 4 проте- каэт усредненный ток транзисторов 8 и 5,т. е.

1з.2 ; 1см 2 Iсм

из ТГзо , / I , I ч --2 - 1см (flu +1 )

Базовый ток усилительного каскада на транзисторе 10 равен алгебраической сумме токов транзисторов 11 и 3, т.е.

1610 hi - l3.4.

учитывая что In Н2 ввиду идентичности транзисторов 11 и 12, получают

ieie-ie-iw- -ie,3).

где знак минус указывает, что ток вытекает из базы транзистора.

Аналогично базовый ток усилительного каскада на транзисторе 17 равен

... | / I i I см 1см

«617 «3.4 -118 1см(р +255) -jjg -ЈЈ.

Определим токи покоя через транзисгоры Ю и 17, равные пронзредению базовых

токов этих транзисторов на их коэффициент

/3. Учитывая, что транзисторы 13 и 17; 20 и

10 имеют идентичные параметры, получают

iiа см Рю i

по ею рю - -7ЈгГ- см;

1Йо

И 1б17 /017 тгт /3l7 см.

Отсюда видно, что несмотря на разные

значения коэффициентов р транзисторов прямой и обратной проводимости, ток через транзисторы 10 и 17 равен См. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в предлагаемом устройстве ток сдвига не зависит от коэффициентов / транзисторов различной проводимости. Данный ток, протекая через выходные транзисторы 32 и 33, включенные посхеме собщей базой, также равен

|см. Следовательно, при входном токе A Ux, равном нулю, на выходе предлагаемого устройства ток равен нулю.

Работа предлагаемой схемы при воз- действии входного сигнала (Д lex 0) аналогична описанной в прототипе. Коэффициент усиления по току с разомкнутой петлей обратной связи предлагаемого устройства (К|3у) равен;

К

lay

аа, зз ; с/з

где a 4, «3 a 33 f 32 - коэффициент усиления по току транзисторов 4, 3, 33 и 32 соответственно,

/317 , / ю коэффициент усиления по току транзисторов 17 и 10 соответственно.

Теперь рассмотрим работу двухступенчатой схемы ограничения усиления. При выходном сигнале устройства, превышающем порог отпирания одного из диодов перюй пары встречно включенных ДУЮДОЧ 28, 29, к выходной шине 27 подключается резистор 39 и коэффициент устройства, выраженный в номинале эь Бивалентного резистора преобразователя гок напряжение, равен

Кэкв Н2//(Р Э К|3.)

Если выходной сигнал устройства про должаег увеличпв т1 ся и достигает нэ резисторе 39 напряжения отпирания второй пары встречно включенных диодов 40. 41, то замыкается выходная шина устоойства через диод 40 или 41 и резистор 42 с входной шиной, 1вм самым резко увеличивая глубину обратноГ: связи

К экв FV/R42/ (R30 K|3yj

Применение двухступенчатой схсм-ы ограничения усиления позволяет устранить перегрузки предлагаемого устройства и в то же время значительно сократить время восстановления коэффициента передачи после снятия большого входного сигнала по сравнению со схемой ограничения выполненной в прототипе. Кроме то.о, при таком постро ении цепи ограничивающей обратной связи нейтрализуется емкость диодов 40 и 41 так как на малых уровнях выходного сигнала диоды 28 и 29 закрыты и потенциал на диодах 40 и 41 не изменяется. Негативнее воздействие емкости диодов 40 и 41 без принятия этих мер в прототипе проявляется через эффект Миллера, т.е внесением низкочастотного полюса с чис огой f I

2 71 ос {- д

где Roc - номинал резистора обратной связиСд - суммарн ч емкость диодов и резистора обратной связи

В предлагаемом же устройстве из Сд емкость диодос 40 и 41 можно практически исключить, что увеличивает значение fn в 5-10 раз при конструктивной емкости резистора 0,5-1 пФ и емко ж p-n-переходов диодов 5-10 пФ

Применение эммттеочых повторителей на транзисторах 9. 6 и резисторе 35 необходимо с целью повышения перегр/зочной способности входного каскада.

В предлагаемом устройстве в цепь задания режима входных транзисторов 3 и 4

введены дополнительные эмиттерные повторители на транзисторах б и 9 Перегрузочная способность таких источников смещения (за счет наличия эмиттерных повторителей) в /3 раз выше, чем в схеме прототипа Для задания необходимой величины рабочею тока транзисторов 6 и 9 в схему вьеден резистор 35.

Пр1/ подзче импульса тока в первоначальный момент времени часть входного тока протекает по цепи эмиттер - база транзистора 4 и по параллельно соединенным База - коллектор транзистора 5 и эмиттер - коллектор транзистора 6.

Перегрузочная способность источников

смещения предлагаемого устройства может 5ыгь в/i раз выше, чем в прототипе и определяется номиналом резистора 35.

Таким образом, мощность потребления предлагаемого устройства снижена почти в

2 раза.

Формула изобретения Входное устройство схемы сравнения гоков, содержащее четыре резистора, пер

вые два встречно включенных диода, двадцать два транзистора, первую шину нулевого потенциала, первую шину положительного питания, первую шину отрицательного питания, выходную шину, входную

шичу, к КОТОРОЙ подключены первый вывод первого резистора, эмиттер первого входного транзистора, эмиттер второго входного транзистора, база которого соединена с базой первого транзистора, коллектор которого соединен г базой второго транзистора, а эмитт-jp первого транзистора соединен с первой шиной нулевого потенциала и эмиттером третьего транзистора, база которого соединена с базой первого входного транзи мора, а коллектор - с базой четвертого транзистора, коллектор первого входного транзистора соединен с базой пятого транзистора и коллектором шестого транзистора, база которого соединена с коллектором

м базой седьмого транзистора и базой восьмого транзистора, коллектор которого соединен с пэрвой шиной положительного питания, эмиттерами шестого и седьмого .ранзисторов, эмиттерами девятого и десятого транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, коллектор второго входного транзистора соединен с базой одиннадцатого транзистора и коллектором двенадцатого транзистора, база которого

соединена с коллектором и базой тринадцатого транзистора и базой четырнадцатого транзистора, коллектор которого соединен с первой шиной отрицательного питания, эмиттерами двенадцатого и тринадцатого транзисторов, эмиттерами пятнадцатого и шестнадцатого транзисторов, коллекторы которых соединены между собой, база семнадцатого транзистора соединена с первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с базой восемнадцатого транзистора, выходная шина соединена с вторым выводом первого резистора и первыми выводами первых двух встречно включенных диодов, отличающееся тем, что, с целью снижения мощности потребления, в него введены вторая пара встречно включенных диодов, пятый и шестой резисторы, первый и второй конденсаторы, вторая шина нулевого потенциала, вторая шина отрицательного потенциала и вторая шина положительного потенциала, к которой подключены первый вывод первого конденсатора и эмиттер пятого транзистора, коллектор которого соединен с эмиттером девятнадцатого транзистора, коллектор которого соединен с коллектором двадцатого транзистора и выходной шиной, а база - с эмиттером семнадцатого транзистора и первым выводом третьего резистора, вто- рой вывод которого соединен с базой двадцатого транзистора и эмиттером восемнадцатого транзистора, база которого соединена с эмиттером четырнадцатого

транзистора, а коллектор соединен с первой шиной отрицательного потенциала и коллектором второго транзистора, база которого соединена с коллекторами пятнадцатого и шестнадцатого транзисторов, а эмиттер - с базой первого транзистора и первым выводом четвертого резистора, второй вывод которого соединен с базой третьего транзистора и эмиттером четвертого транзистора, база которого соединена с коллекторами девятого и десятого транзисторов, а коллектор - с первой шиной положительного потенциала и коллектором семнадцатого транзистора, база которого соединена с эмиттером восьмого транзистора, эмиттер двадцатого транзистора соединен с коллектором одиннадцатого транзистора, эмиттер которого соединен с второй шиной отрицательного потенциала и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первого конденсатора, с второй шиной нулевого потенциала, с первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен с вторым выводом первой пары встречно включенных диодов и первым выводом второй пары встречно включенных диодов, вторые выводы которой соединены через шестой резистор с входной шиной, базы девятого и десятого транзисторов соединены между собой и с базой седьмого транзистора, базы пятнадцатого и шестнадцатого транзисторов соединены между собой и с базой тринадцатого транзистора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ана2 -СЗ .«F лого-цифровых преобразователях и в цифровых измерительных приборах. Целью изобретения является снижение мощности потребления. Входное устройство схемы сравнения токов содержит шесть резисторов 2, 25, 34, 35, 39, 42, два входных транзистора 3, 4, двадцать транзисторов 5, 6, 8-13, 15-20, 22-24, 26, 32, 33, четыре диода 28, 29, 40, 41, два конденсатора 31, 37, входную шину 1, две шины 7, 38 нулевого потенциала, две шины 14, 30 положительного потенциала, две шины 21, 36 отрицательного потенциала, выходную шину 27. Перераспределение токов между транзисторами позволяет исключить мощный выходной каскад, тем самым уменьшить мощность потребления. 1 ил. (Л С О ю ON 00 о о