Генератор импульсов Советский патент 1993 года по МПК H03K4/04 H03K3/23 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к электронным генераторам импульсов. Преимущественная область использования - интегральная электроника. Схема может быть применена как составная часть операционного усилителя с периодической компенсацией дрейфа напряжения смещения, аналого-цифрового или цифроаналогового преобразователя, преобразователя напряг жение-частота и других интегральных элек- тронных устройств, содержащих генераторы импульсов напряжения, а также как самостоятельная интегральная схема.

Цель изобретения - расширить функциональные возможности устройства за счет дополнительного генерирования прямоугольных импульсов при одновременном обеспечении независимой регулировки верхнего и нижнего уровней треугольных и прямоугольных импульсов: обеспечить возможность изготовления устройства по упрощенной BI-FET-технологии (повысить

технологичность), при этом исключить зависимость формы и частоты импульсов от ко-1 эффициента передачи тока базы в цепь коллектора биполярных транзисторов.

Схема электрическая принципиальная предлагаемого генератора треугольных импульсов представлена на чертеже, а примером его конкретного выполнения может служить генератор треугольных импульсов, входящих в состав микросхемы 1417УД21, где он используется о качестве генератора синхросигнала.

В состав схемы генератора входит компаратор на дифференциальной паре транзисторов 1 и 2; источники постоянного тока 3-8; транзисторы, работающие в ключевом режиме. 9 и 10; конденсатор 11; управляе- мый источник напряжения на транзисторах 12,13 и диоде 14, шине источников питания положительного Ucc+ и отрицательного Ucc- напряжения, шины источников напряжения ограничения верхнего Uh и нижнего lH уровней треугольных и прямоугольных

ы

Ё

00

ю

4 О О 4

импульсов, две выходные шины треугольных Us и прямоугольных Urn импульсов напряжения.

Величина тока источника на полевом транзисторе определяется из соотношения:

I - k(W/L)Uo.(1)

где I - ток стока (истока) полевого транзистора при нулевом напряжении затвор-исток (ток насыщения), А;

k - удельная проводимость (крутизна) полевых транзисторов на кристалле микросхемы, А/В;

L - длина канала транзистора, мкм;

W - ширина канала транзистора, мкм;

Uo- напряжение отсечки полевых тран- зисторов на кристалле микросхемы, В. Необходимо отметить, что значения удельной крутизны и напряжения отсечки определяются параметрами технологического маршрута и для всех полевых транзисторов на кристалле одной микросхемы одинаковы, поскольку изготовление всех компонентов микросхемы происходит в едином технологическом цикле. Поэтому величина тока источника в виде полевого транзистора с закороченными затвором и источником определяется конструкцией транзистора, а именно отношением W/L этого транзистора. Следовательно, задавая определеннее отношение W/L, можно обеспечить вполне определенный ток истсчника. Соотношение токов заряда и разряда можно, таким образом, обеспечивать задавая определенное отношение W/L источника тока заряда 5 и источника тока разряда 7. Более точное соотношение токов заряда и разряда можно обеспечить параллельным включением нескольких (в зависимости от требуемого соотношения) конструктивно идентичных транзисторов-источников тока заряда и раз- ряда.

Источник тока 4 задает рабочий ток дифференциальной паре транзисторов компаратора, источники 3 и 6 управляют работой управляемого источника напряжения, источник 8, имеющий малое отношение W/L. компенсирует ток утечки стока транзистора 2 и предотвращает ложное срабатывание (открывание) этим током транзисторов 9 и 10, работающих в ключе- вом режиме. Такой режим обеспечивается тем, что ток источника 4 больше тока источника 8, а разница токов этих источников больше или равна сумме токов источников 6 и 7, при этом, если ток источника 4 протека- ет через канал транзистора 2 (разряд- конденсатора 11). то транзисторы 9 и 10 насыщаются и токи их коллекторов определяются только токами источников 6 и 7 соответственно и не зависит от коэффициентов

передачи базы в цепь коллектора транзисторов 9 и 10. Благодаря этому токи заряда и разряда конденсатора 11 тоже не зависят от коэффициентов передачи тока базы в цепь коллектора транзисторов 9 и 10. Ток источника 6 должен быть больше тока источника 3 для того, чтобы при включении транзисторов 9 и 10 происходил переброс потенциала затвора транзистора 2 с высокого уровня на низкий, а ток насыщения транзистора 13 должен быть не меньше токэ источника 3, чтобы при отключении источника 6 транзистора 13 мог пропустить весь ток источника 3. В схеме присутствуют также транзисторы 12, 13 и диод 14, составляющий источник напряжения. Транзистора 12 ограничивает нижний уровень импульсов генератора, а транзистор 13 - их верхний уровень. Эти уровни задаются напряжением на шинах источников напряжения верхнего Uh и нижнего UI уровней. Диод 14 выполняется на основе перехода коллектор- база n-p-n-транзистора и имеет высокое на- пряжение обратного пробоя. Диод предотвращает пробой переход эмиттер-база транзистора 12 в обратном направлении при перебросе потенциала затвора транзистора 2 на высокий уровень. Генератор работает следующим образом: допустим, что на затвор транзистора 2 подано отрицательное напряжение, его величина будет ограничена управляемым источником напряжения олагодаря открыванию транзистора 12 иди- ода 14. При этом величина напряжения на затворе транзистора 2 будет на 1.3-1.4 В (падение на открытых p-n-переходах эмиттера транзистора 12 и диода) ниже напряжения на шине источника U1.

На затворе транзистора 1 в этом время напряжение выше, чем на затворе транзистора 2, поэтому весь ток стока транзистора 4 протекает через канал транзистора 2 и, поскольку ток насыщения транзистора 4 больше тока насыщения транзистора 8, то транзисторы 9 и 10 открыты и, находясь в режиме насыщения, пропускают токи стоков соответственно транзисторов 6 и 7, при этом напряжение на коллекторах транзисторов 9 и 10 близки к напряжению отрицательного источника питания. Конденсатор 11 разряжается током, протекающим через канал транзистора 7, равным его току насыщения, при этом напряжение на затворе транзистора 1 уменьшается по линейному закону, пока не сравнивается с напряжением на затворе транзистора 2. Когда эти напряжения сравниваются, происходит переброс компаратора на транзисторах 1 и 2, ток стока транзистора 4 начинает протекать через Канал транзистора 1, при атом

транзисторы 9 и 10 закрываются и напряжение на затворе транзистора 2 скачком увеличивается, величина этого напряжения §удет ограничена благодаря открыванию транзистора 13 и протеканию тока стока транзистора 3 через его канал. При этом напряжение на затворе транзистора 2 будет мало отличаться от Uh (так как токи насыщения транзисторов 3 и 13 примерно одинаковы), а на участке база транзистора 12 - катод диода 14 будет присутствовать запирающая разность потенциалов, которая будет тем больше, чем больше заданная разница напряжений U1 и Uh и в общем случае может превышать напряжение обратного пробоя перехода база-эмиттер транзистор 12, защита перехода от пробоя обеспечивается диодом 14.

Поскольку транзисторы 9 и 10 закрыты, токи через каналы транзисторов 6 и 7 про- текать не будут и напряжение на затворе транзистора 1 будет возрастать по линейному закону, пока не достигнет уровня напряжения на затворе транзистора 2. Когда эти уровни снова сравняются, произойдет обратный переброс компаратора, транзисторы 9 и 10 снова откроются и, поскольку гок насыщения транзистора 6 больше тока насыщения транзистора 3, произойдет быстрое уменьшение напряжения на затворе транзистора 2. Напряжение на затворе транзистора 1 снова будет уменьшаться по линейному закону и цикл заряда-разряда конденсатора 11 повторится.

Формула изобретения 1. Генератор импульсов, содержащий дифференциальную транзисторную пару, общий вывод которой соединен с первой шиной питания через первый генератор тока, первый выход - непосредственно, второй через параллельно соединенные второй генератор тока и переход эмиттер - база первого транзистора подключены к второй шине питания, первую выходную шину, которая соединена с первым выводом третьего генератора тока, первым входом дифференциальной пары транзисторов непосредственно и через четвертый генератор тока - с первой шиной питания, первую шину опорного напряжения и второй транзистор, отличающийся тем, что, с целью

расширения функциональных возможностей путем дополнительного генерирования прямоугольных импульсов при одновременном обеспечении независимой регулировки верхнего и нижнего уровней треугольных и

прямоугольных импульсов, в него введены пятый и шестой генераторы тока, вторая шина опорного напряжения, вторая выходная шина, диод, третий и четвертый транзисторы, причем база третьего транзистора соединена с первой шиной опорного

«апряжения, коллектор - с первой шиной

питания и через пятый генератор тока - с

второй выходной шиной, вторым входом

дифференциальной транзисторной пары,

через диод - с эмиттером третьего транзистора, непосредственно - с истоком четвертого транзистора и через шестой генератор тока с коллектором первого транзистора, база которого соединена с базой второго

транзистора, коллектор которого соединен с вторым выводом третьего генератора тока, эмиттер - с второй шиной питания и со стоком четвертого транзистора, затвор которого соединен с второй шиной опорного

напряжения.

2. Генератор по п.1 .отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности при одновременном исключении зависимости формы и частоты импульсов от

коэффициентов передачи тока базы в цепь коллектора биполярных транзисторов, первый, второй и третий транзисторы выполнены n-p-л-типа проводимости, четвертый транзистор выполнен с каналом р-типа,

дифференциальная транзисторная пара выполнена в виде двух полевых транзисторов с изоляцией затвора р-п-перехода и каналом р-типа с объединенными истоками, первый, второй, третий, четвертый, пятый и

шестой генераторы тока выполнены каждый в виде полевого транзистора с. изоляцией затвора р-п-переходом и каналом р-типа при объединении истока с затвором.

(//о-Г/2

№

Применение: изобретение относится к электронной технике, в частности к электронным генераторам импульсов, может использоваться в операционных усилителях с компенсацией дрейфа напряжения смещения. Сущность изобретения: устройство содержит дифференциальную транзисторную пэру 1, 2, генераторы 3-8 тока, биполярные транзисторы 9.10, 12, полевой транзистор 13, диод 14, конденсатор 11. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

tt-O