УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ Советский патент 1973 года по МПК H03K17/66 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в гибридных аналого-цифровых машинах.

Известно устройство для переключения аналоговых сигналов, содержащее ключевой полевой униполярный транзистор любого типа проводимости, согласующий усилитель, собранный на полевом униполярном транзисторе противоположного типа проводимости и резисторе, управляющий транзистор.

Известное устройство нмеет следующие недостатки:

1)низкая точность передачи входных аналоговых сигналов на выход устройства из-за значительного неуправляемого изменения величины сопротивления открытого канала ключевого нолевого транзистора,

2)технологическая сложность изготовления интегральных схем с полевыми транзисторами разных типов проводимости,

3)низкая экономичность схемы из-за потребления мощности в режиме работы при закрытом состоянии ключевого полевого транзистора,

4)недопустимость взаимозаменяемости ключевых схем из-за технического разброса параметров элементов и отсутствия специальной цепи регулировки этих параметров.

В дредложенном устройстве указанные недостатки устранены благодаря тому, что ключевой каскад выполнен на полевом МОП-транзнсторе, подложка которого через диод соединена с шиной нулевого потенциала, исток - с затвором дополнительно введенного полевого

МОП-транзистора согласующего усилителя того же типа проводимости. Исток дополнительного МОП-транзистора соединен с базой транзистора согласующего усилителя и через резя,стар - с источником постоянного напряжения .и коллектором транзистора согласующего усилителя. Эмиттер транзистора усилителя подХлючен к дополнительно введенным и параллельно соединенным потенциометру и стабилитрону, друпие концы которых подключены к

стоку дополнительного полевого МОП-транзистора и через резистор - к коллектору управляющего транзистора. Движок потенциометра соединен с затвором ключевого МОП-транзистора.

Выполненное таким образом устройство для переключения знакопеременных сигналов при незначительно большем, чем у известного, числе элементов дает возможность значительно повысить точность передачи входных аналоговых сигналов к напрузке, упростить технологию изготовления ключевой схемы в интегральном виде и снизить потребление мощности при закрытом состоянии ключевого транзистора, а также допускает взаимозаменяемость таких ключевых схем. Принципиальная схема устройства изображена на чертеже. Устройство содержит ключевой полевой МОП-транзлстор 1 любого типа проводимости; согласующий усилитель 2, состоящий из полевого МОП-транзистара 3 такого же типа лроводимости, как ключевой МОП-транзистор, биполярного транзистора 4, полупроводникового стабилитрона 5, регулировочного потенциометра 6 и резисторов 7 и 8; управляющий транзистор 9 и полупроводниковый диод 10. Кроме того, устройство имеет сигнальный вход 11; сигнальный выход 12; источники постоянлого напряжения 13 и 14; шину нулевого потенциала 15; электроды полевого МОП-транзистора /; IKTOK. 16, подложка 17, сток 18, затвор 19; электроды полевого МОП-транзистора 3: исток 20, подложка 21, сток 22, затвор 23: средний вывод 24 регулировочного потенциометра. Между сигнальным входом 11 и сигнальным выходом 12 включен участок исток-сток полевого МОП-транзистора /, подложка 17 которого через диод 10 подключена к.шине /5 нулевого потенциала. З атвор 19 соединен со средним выводом 24 р-егулировочного потенциометра 6. Затвор 23 МОП-транзистора 3 связан с сигнальным входом //; сток 22 соединен с одним концом регулировочного потенциометра 6, с-.анодом стабилитрона 5 и через резистор 8 и кол лектор-эмиттер управляющего транзистора 9 с источником напряжения 14. Исток 2( соединен с подложкой 21, с источником напряжения 13 через резистор 7 и с базой биполярного транзистора 4. Переход эмиттер-коллектор транзистора 4 с одной стороны соединен с катодом стабилитрона 5 и потенциометром , а с другой стороны - с источником напряжения 13. РассмотрИМ работу устройства в том случае, когда в качестве ключевого применен р - канальный-. МОП-траизистор, а биполярный 4 ;и управляющий 5 транзисторы выбраны п-р-п типа. Входной аналоговый сигнал {7вх однов/ременно поступает на исток 16 ключевого МОПтранзистора 1 и на затвор 23 МОП-транзистора . 3, являющийся входом согласующего усиv итeля 2. Открытие ключевого МОП-транзистора / достигается переводом управляющего транзистора Р в насыщенное состояние и выполнением условия: бвых.д - /Лж - f/oi , где f/ab)x.i - напряжение на выходе согласующего усилителя 2; f/3-н --напряжение между затвором 19 и истоком 16 ключевого МОПтранзистара /; f/oi - модуль нап1ряжения МОП-транзистора /. С целью выполнения условия (1) во всем диапазоне коА-гмутируемых сигналов в предлагаемом устройстве применен согласующий усилитель 2, напряжение на выходе равно f/зых. 1 f/ox + -31 - ( бз + f/ - о„ , (2) где f/оп - опорное напряжение стабилитрона 5; бк-з - напряжение между истоком 20 и затвором 23 МОП-транзистора 3; 11(,э - напряжение между базой и эмиттером транзистора 4; И - - напряжение между затвором 19 МОП-тра:Нзисто1ра / и стоком 22 МОП-транзистора 3. При этом условие (1) принимает вид: f/3-и Uon + f/ - 01 , где Uy. и-з)-6/(5эИ справедливо при выборе достаточно большой величины При открытом ключевом униполярном или МОП-транзисторе падение напряжения между истоком и стоком f/c-H не превышает нескольких десятых долей вольта. Этому режиму соответствует линейная зависимость между током канала и напряжением 6с-и при постоянной величине отпирающего напряжения между затвором и истоком U , т. е.: при C/3 H Const. При больщом изменении велич/ины отпирающего напряжения f/з-и наблюдается значительное изменение величины сопротивления RQ, что является существенным недостатком ключевых схем на полевых транзисторах, так как современные полевые т.ранзисторы имеют довольно больщое конечное сопротивление открытого канала (сотни ом), и значительное его изменение приводит к снижению точности передачи коммутируемых сигналов на выход ключевой схемы. В предлагаемом устройстве в значительной мере этот недостаток устранен путем применения согласующего усилителя 2 с болЬшим статическим коэффициентом усиления по ТОК} и стабилитрона 5, а также выбором реаистора 7 большой величины (порядка сотни кило/ом). В результате величина коэффициента передачи изменений входного сигнала на выход согласующего усилителя 2 приближается к единице (ki 0,96-0,99) и значительно снижается зависимость величины отпирающего напряжения t/з-и от величины входного сигнала; кроме того, удается существенно уменьщить неуправляемое изменение величины f/aВ выражение (3) входят и неуправляемые величины и и f/on, и управляемая величина У. Неуп-равляемого изменения величины U не происходит, так как напряжение на концах регулировочного потенциометра 5 равно постоянной величине t/on, а налрузкой- потенциометра является очень большое входное сопротивление ключевого МОП-транзистора 1. Величина напряжеиия (У может быть изменена с помощью потенциометра 6, что является существенным преимуществом предлагаемого устройства, так как из-за технологического разброса параметрав эле ментов схемы велич ина сопрот1ивлепия открытого канала ключевого МОП-транзистора может значительно отключаться от номинальной величины , определяемой режимом работы устройства на нагрузку, и требует подстройки. Запирание ключевого транзистора 1 достигается подачей определенного уровня нанря,,жеиия на базу управляющего транзистора 9, при котором последний закрывается и схема согласующего усилителя 2 обесточивается, а к затвору 19 МОП-транзистора 1 будет приложено напряжение Е источника постоянного напряжения 13. Величина напряжения Е должна удовлетворять условию запирания ключевого МОПтранзистора 1: С J иs. KfaKC , и наибольшая положительная величина входного напряжения, но не превыптающая некоторого значения ((Упроб), при котором может наступить пробой МОП-транзистора, т. е.: |f,| + |f/BX. Таким образом, при закрытом состоянии МОП-транзистора / в предлагаемом устройстве обесточены все элементы, а следовательно, в нем отсутствует потребление мощности. Благодаря этому достигается существенный экономический эффект. Заметим такж-е, что принятое в усилительkbix схемах непосредственное подключение подложки на исток недопустимо в МОП-схемах коммутации знакопеременных сигналов, так как при положительном напряжении между стоком и истоком, несмотря на закрытый канал ключевого МОП-транзистора 1, образуется низкоомная проводящая цепь между стоком 18 и истоком 16 через р-я-переход между стоком 18 и подложкой 17. Поэтому в предлагаемом устройстве подложка 17 ключевого МОП-транзистора 1 через диод 10, включенный в обратном направлении по отношению к положительным сигналам на стоке 1,8 или истоке 16, соединена с щиной 15 нулевого потенциала землей. Предмет изобретения Устройство для переключения знакопеременных аналоговых сигналов, содерж ащее ключевой каскад, включенный между сигналънымдл входом и выходом устройства, согласу,ющий усилитель, управляющий транзистор, база которого соединена с источником управляющего сигнала, диод и резисторы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и экономичности устройства, ключевой каскад :выполнен на полевом МОП-транзисторе, подложка которого через диод соединена с шиной нулевого потенциала, исток - с затвором дополнительно введенного полевого МОПтранзистора согласующего усилителя того же типа проводимости, исток которого соединен с базой транзистора согласующего усилителя и через резистор - систочником постоянного напряжения и коллектором Т1ранзистора согласующегоусилителя, эмиттер которого подключен к доиолнителвно введенным -и параллельно соединенным потенциометру и стабилитрону, другие отводы (концы) которых подключены к стоку дополнительного полевого МОП-транзистора и через резистор - к коллектору управляющего транзисто/ра, а движок потенциометра соединен с затвором ключевого полевого МОП-транзистора.