СТАТИЧЕСКИЙ МНОГОУСТОЙЧИВЫЙ ЭЛЕМЕНТ Советский патент 1971 года по МПК H03K3/29 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в устройствах цифровой, измерительной и вычислительной техники в качестве запоминающего, логического или счетного элемента.

Известны многоустойчивые элементы, содержащие нелинейный четырехполюсник, усилитель и ПИ.КОВЫЙ детектор.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что четырехполюсник содержит делитель переменного «апряжения, в одно плечо которого включены параллельно соединенные конденсаторы с электрически смещенными нелинейными емжостями на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник со ступенчатой вольт-фарадной характеристикой.

Эти отличия новы ,и полезны, так как лоз1ВОЛЯЮТ ПОВЫСИТЬ стабильность и воспроизводимость признака ycтoйчиiвoгo состояния.

На фиг. 1 представлена схема многоустойчивого элемента; на ф.иг. 2 - зависимость нелинейной емкости от управляющего напряжения; на фиг. 3 - амплитудные характеристики.

Нелинейный четырехполюсник со ступенчатой амплитудной характеристикой (Ug) представляет собой управляемый делитель переменного напряжения. Управление коэффициентом деления пролсходит ло ступенчатому закону за счет того, что одно из плеч делителя представляет собой параллельное соединение смещенных постоянными напряжениями нелинейных емкостей, созданных на основе МОП-структур (металл-диэлектрик- полупроводник). Стабильность и воспроизводимость признака состояния обусловлена характером изменения вольт-фарадной зависимости таких структур.

Очевидно, что аналогичный результат получится, если вместо .параллельного соединения емкостей использовать одну нелинейную емкость с эквивалентной характеристикой. Предлагаемый вариант устройства (см.

фиг. 1) состоит из делителя переменного напрялсения, образованного линейной емкостью С и цепочками, состоящими из нелинейных емкостей Ci, Cz, ... Cn-i, С„, и источников Е,Е, Еп-1, Е, постоянного напряжения смещения. В точке а на делитель подается напряжение от стабильного источника переменного напряжения. Усилитель / предназначен для усиления переменного налряжения Ug, выделивщегося на емкостях Сь Сг, ....,

С„. Пиковый детектор 2 вырабатывает постоянное напрял ение Ug, лропорциональное амплитуде переменного выходного сигнала усилителя Uyc. Выход детектора замкнут обратной связью на сопротивление R, которое совобеспечивает разделение переменного напряжения и медленно меняющегося напряжения Ug обратной связи. Кривая 3 (см. фиг. 2) .изображает типичную С- /-характеристику МОП-структуры, кривая 4 является С-б-хара-ктеристикой параллельного соединения цепочек. Кривая 5 (ом. фиг. 3) .представляет собой ампл.итудную х.арактеристику четырехполюсника, образованного сопротивлением R п емкостями С , Сь С, Сз, . . ., С„; кривая 6- линия обратной связи, описываемой уравнением« f2(t/c) Точка b является входом четырехполюсника, точка С-его выходом. Наличие источника напряжения смещения в цепочке С, ; приводит к смещению С-(/-характеристики данной цепоки вдоль оси напряжений. Если напряжения соседних с источником EI источников Ei-i, EI+I отличаются на величину, большую напряжения, в пределах которого происходит изменение емкости Q от ма.ксимального до минимального значения (по кривой 5), то С- -характеристика параллельного соединения таких цепочек будет иметь ступенчатый характер (кривая 4). Общая С-UхарактеристЕка может быть смещена вдоль оси напряжений изменением на.пряжения всех источников смещения на одинаковую величину. Для определенности окончательная С- /-характеристика пар:аллельного соединения цепочек Q, EI, изображенная кривой 4, смещена так, как показано на фиг. 2. Емкостный делитель обеспечивает преобразование ступенчатой С-ty-aaBn си мости в ступенчатую амплитудную характеристику четырехполюсника. С увеличением отрицательного напряжения в точке b уменьщается емкость параллельного соединения Q, Е - цепочек, увеличивается их емкостное сопротивление, возрастает амплитуда перемеаного напрялсения в точке С, т. е. на выходе четырехполюсника. Описанная зависимость представляет собой амплитудную характеристику четырехполюсника ty /i((/e). Число ступенек определяется числом цепочек С;, Е. Число цепочек ограничено пробивными напряжениями нелинейных емкостей Ci, Сг, ..., С„. Для образования многоустойчивого элемента выход четырехполюсника замыкается обратной связью на его вход. Уравнение обратной связи (Uc-) определяется амплитудными характеристиками усилителя / и детектора 2, которые можно подобрать так, чтобы линия 6, изображающая его графически, пересеклась с кривой 5. Точки ашресечения характеристик e /i( ) и f/a--. -fa(c ЯВ-ТЯется координатами состояний равновесия, прнаем устойчивые состояния равновесия чередуются не устойчивыми. Признаком устойчивого состояния, в котором находится многоустойчивый элемент, может служить |Величина переменного напряжения на входе или выходе усилителя. Стабильность и воспроизводимость такого признака целиком определяется стабильностью п воспроизводимостью величины емкости МОП-структуры на горизонтальных участках кривой 3 (см. фиг. 2). Во-первых, пестабильность напряжения, вызванная, например, нестабильностью детектора в точке В не приведет к нестабильности признака состояния, так как емкость МОП-структуры не зависит от напряжения на горизонтальном участке вольт-ф.ара.дной характеристики. Во-вторых, основные факторы, определяющие емкость МОП-структуры на горизонтальных участках: илощадь (металлического электрода, толщина изолятора, удельное сопротивление полупроводника,- весьма стабильны и воспроизводимы. Предмет изобретения Статический многоустойчивый элемент, содержащий нелинейный четырехполюсник, усилитель и пиковый детектор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и воспроизводимости признака устойчивого состояния, нелинейный четырехполюсник содержит делитель переменного напряжения, в одно плечо которого включены параллельно соединенные конденсаторы с электрически смещенными нелинейными емкостями на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник со ступенчатой вольт-фарадной характеристикой.

®za/

Фиг.З