Переключатель тока Советский патент 1993 года по МПК H03K17/56 

(Л

С

Использование: импульсная техника, логические элементы, коммутаторы, триггеры, формирующие и кодирующие устройства, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Сущность изобретения: для увеличения быстродействия в переключатель, содержащий дифференциальный каскад с подключенными к входам повторителями напряжений и генераторы тока, дополнительно введены между-выходом каждого повторителя и объединенными выходами генераторов тока транзисторы, каждый из которых входным электродом подключен к входу повторителя, соединенного выходом с другим транзистором. 3 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в логических элементах, коммутаторах, триггерах, формирующих и кодирующих устройствах, аналого-цифровых (АЦП) и цифроэналого- вых преобразователях (ЦАП).

Целью изобретения является повышение быстродействия за счет увеличения скорости переключения.

На фиг.1 приведена функциональная схема переключателя тока, выполненная на полевых транзисторах: на фиг.2 - схема переключателя тока на биполярных транзисторах; на фиг.З - временные диаграммы работы устройства: на фиг.4 и 5- результаты математического моделирования.

Переключатель тока, представленный на фиг,1. содержит мощный дифференциальный каскад на полевых транзисторах 1 и

2, истоки которых объединены и подключены к генератору 3 тока, а стоки подключены к выходным клеммам 4 и 5, повторители 6 и 7 напряжения на полевых транзисторах, затворы которых образуют управляющие входы переключателя, истоки подключены к источнику питания +Е, а стоки - к затворам транзисторов 1 и 2, полевой транзистор 8, истоком подключенный к стоку повторителя

Устройство работает следующим образом.

00

-

Ч

ND

w

N

Пусть в исходном состоянии на входе повторителя напряжения б высокий потенциал м+, на входе повторителя напряжения 7 низкий IN (фиг.3,а,б). При этом транзистор 9. открыт, транзистор 8 закрыт. Токи двух генераторов 10,11 текут через транзистор 7 (фиг.Зе) по цепи; источник питания +Е - открытый канал транзистора 7 - открытый канал транзистора 9 - генераторы 10, 11 тока - плюс источника питания -Е. Потенциал истока транзистора 6 высокий (фиг.Зв), выше, чем на входе транзистора 6, так как ток через него не течет (фиг.Зд) и напряжение затвор-исток равно напряжению отсечки. Потенциал истока транзистора 7 - низкий (фиг.Зг), ниже, чем на входе транзистора 7, ток, протекающий через транзистор 7 (фиг.Зе) больше номинального, так как через него текут токи двух генераторов 10,11. Итак разность потенциалов, приложенная к затворам транзисторов 1, 2 дифференциального каскада выше, чем разность потенциалов, приложенная к затворам транзисторов повторителей 6,7, ток генератора тока 3 и дифференциальном каскаде течет через транзистор 1 к выходной клемме 4. При изменении входного напряжения, а именно на входе транзистора 6 - низкий потенциал, на входе транзистора 7 - высокий потенциал (фиг,3а,б) транзистор 8 открывается, а транзистор 9 закрывается. На входах транзисторов 1 и 2 дифференциального каскада напряжение начинает изменяться. При этом входная емкость транзистора 2 заряжается через низкое выходное сопротивление повторителя 7 по цепи: источник питания + Е - канала транзистора 7 - входная емкость транзистора 2 - входная емкость транзистора 1 - канал транзистора 8 - генераторы 10, 11 тока. По мере перезаряда входных емкостей транзисторов 1, 2 напряжение на входе транзистора 2 (истоке транзистора 7) увеличивается до тех пор, пока транзистор 7 не закроется, а на входе транзистора 1 уменьшается до тех пор, пока весь ток генераторов 10, 11 не станет протекать через транзистор 6 (входные емкости заряжены).

По окончании переходного процесса напряжение на входах транзисторов 1, 2 дифференциального каскада симметрично изменяется относительно исходного, а именно на входе транзистбра 1 - низкий потенциал (ниже, чем на входе транзистора 6). На входе транзистора 2 - высокий (выше, чем на входе транзистора 7). Ток генератора 3 тока в дифференциальном каскаде течет через транзистор 2 к выходной клемме 5.

При изменении входного напряжения работа устройства повторяется, как было уже ранее описано в исходном состоянии.

По сравнению с прототипом предлагае- мое техническое решение позволяет повысить быстродействие за счет ускорения процесса переключения мощного дифференциального расхода путем создания более резкого и большего по амплитуде 0 возбуждающего напряжения на выходах повторителей 6 и 7 (фиг. 1,2).

Результаты математического моделирования (с помощью пакета SPICE) представлены на фиг.4, 5.

5 На нижнем графике фиг,4 точками V3 и Узз обозначены напряжения м+ и IN на входах повторителей б, 7, а точками V и V44 обозначены напряжения на выходах повторителей 6, 7.

0 На верхнем графике ток, протекающий через транзистор повторителя 6, обозначен 1D (B2), а через транзистор 7-1D (B22).

На основании графиков, представленных на фиг,4, очевидно, что коэффициент

5

передачи входного напряжения повторителей б, 7 на входы мощных транзисторов дифференциального каскада больше единицы в отличие от прототипа, у которого используемые повторители имеют коэффициент пе0 редачи меньше единицы. Благодаря этому входное напряжение, достаточное для переключения дифференциального каскада может быть на 30-50% меньше, чем при использовании схемы прототипа.

5 На графиках, представленных на фиг.5, приняты обозначения Ую, Vn - напряжения на выходах предлагаемого переключателя тока клеммы 4, 5 (фиг.1), Уюо, Vno - напряжения на выходах переключателя тока про0 тотипа.

На основании представленных графиков очевидно, что время переключения у заявляемого решения уменьшено на 30- 50% относительно прототипа.

5 Формула изобретения

Переключатель тока, содержащий дифференциальный каскад с подключенными к входам повторителями напряжений, входы которых образуют управляющие входы пе0 реключателя, генераторы тока, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия за счет увеличения скорости переключения, между выходом каждого повторителя и объединенными выходами

5 генераторов тока включены введенные транзисторы, каждый из которых входным электродом подключен к входу повторителя, соединенного выходом с другим транзистором.

j

IN

о-

да

f

-о

г

#н

хй

«-Ј

UlN+A

и§6)

UiM-A

Ujt)

Uc«,

Uut

A

1

фа8. 5

Std /nitie fun 4/19/91 0:55:17

0 tius 1.0us о Vj . V. 20«s J. . 4.fts 5Л/5 0us. ВОиъ 55-фигЛ .

e)