Устройство для сравнения аналоговых напряжений Советский патент 1978 года по МПК G05B1/01 

1

Изобретение относится к области автоматики и информационно-измерительной и вычислительной техники, а более конкретно к. микроэлектронным линейно-дискретным устройствам для аналого-цифровой аппаратуры.

Известны линейно-дискретные электронные устройства, построенные на базе компаратора, осуществляющего по входу сравнение двух аналоговых сигналов с выдачей результата сравнения на выход в виде логического «О или «1, и реализованные на одном кристалле 1. Такие компараторы обладают высокими характеристиками, малыми габаритами, однако -все они реализованы традиционными методами транзисторной логики и содержат большое число транзисторов, диодов и пассивных элементов, к которым предъявляется довольно высокие требования в отношении идентичности их характеристик в широком температурном интервале.

Более перспективными по сравнению с ин тегральными схемами являются устройства функциональной микроэлектроники, в которых для реализации различных функций используются многомерные волновые процессы, в частности движение пакетов носителей заряда в объеме полупроводника 2.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройстЕзо, содержащее .полупроводниковую пластину с двумя параллельными омическими контактами, между которыми расположены два эмиттера и два коллектора 3.

Инжектируемые эмиттерами в базовую пластину пакеты носителей заряда дрейфуют в сторону коллекторов под действием электрического поля между омическими контактами, создаваемого источником питания.

Известное устройство обладает недостаточной стабильностью характеристик.

Цель изобретения - повышение стабильности. .

Для достижения этой цели в устройство введены элемент И и дополнительный омический контакт, расположенный между основными омическими контактами параллельно им, эмиттеры разменяны параллельно между дополнительным и основными омическими контактами, первый коллектор расположен параллельно эмиттерам, а второй - под углом к ним, причем одни выводы коллекторов равноудалены от соответствующих эмиттеров, а другие выводы подключены к элементу И.

На фиг. 1 представлена конструкция предложенного устройства для сравнения аналогевых напряжений; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство представляет собой прямоугольную базовую пластину 1, выполненную из полупроводникового материала любого типа проводимости. По краям пластины расположены омические контакты 2 и 3. Посередине пластины и параллельно омическим контактам расположен третий омический контакт 4. По обе стороны от этого контакта размещаются параллельно ему два эмиттера 5 и 6, представляющие собой электронно-дырочные переходы. Между эмиттером 5 и омическим контактом 2 расположен коллектор 7, представляющий собой узкий сильно вытянутый электронно- дырочный переход. Этот коллектор располагается параллельно эмиттеру и удален от него на некоторое расстояние 1. Между эмиттером 6 и омическим контактом 3 расположен под углом второй коллектор 8 той же конструкции, причем один конец коллектора 8 удален от эмиттера 6 на то же расстояние 1. Конкретное значение угла V между коллектором 8 и эмиттером 6 зависит от желаемой логики функционирования устройства. Выводы коллекторов 7 и 8 соединены с входами элемента И 9. Омический контакт 4 присоединен к шине нулевого потенциала. Эмиттеры 5 и 6 соединены с выходом генератора 10 коротких импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение Usx подается на контакт 2, а на контакт 3 подается опорное напряжение Uon. При поступлении с выхода генератора 10 короткого прямоугольного импульса нужной полярности (см. фиг. 2 а) каждый из эмиттеров 5 и 6 инжектирует в базовую пластину I пакет носителей заряда. Пакет, инжектированный эмиттером 5, дрейфует в сторону коллектора 7 под действием тянущего электрического поля, создаваемого входным напряжением Ue. По проществии времени

- Ilk jM-U«,

пакет носителей заряда доходит до коллектора 7 и на выходе коллектора появляется импульс напряжения (см. кривую I на фиг. Зб). Здесь JH. - подвижность носителей заряда.

Пакет носителей заряда, инжектированный эмиттером 6, дрейфует в сторону коллектора 8 под действием электрического тянущего поля, создаваемого опорным напряжением , . Эпюра напряжения на выходе коллектора 8 зависит от угла наклона Ф коллектора.

Для примера берут случай . В этом случае обеспечивается минимальная задержка переднего фронта выходного импульса коллектора 8, тогда как задний фронт задержан на времяj . д/и (см. фиг. Зв).

Импульсысколлекторов 7 и 8 подаются па элемент И 9. Если то к на выходе элемента И 9 появляется импульс (см. фиг. 3 г).

Если Ue, и„, то (см. фиг. 3 б. кривую II), и на выходе элемента И импульс по появляется.

Легко показать, что для случая 4 О импульс на выходе элемента И 9 появляется только при равенстве Uex и Uon Для случая f О импульс на выходе появляется только

при Uex lJon.

Введение третьего омического контакта, элемента И и изменение взаимного расположения электродов позволяет реализовать в предложенном устройстве функции, которые не могут быть реализованы известным устройством. По сравнению же с известными сравниваю1ДИМИ устройствами на интегральных схемах предлагаемое устройство обладает все.ми достоинствами, присущими устройствам функциональной микроэлектроники: простотой конструкции, технологичностью, высокой надежностью. Кроме того, температурная зависимость характеристик полупроводникового материала не играет в предложенном устройстве существенной роли, так как температура может менять только абсолютные значения задержек т и Гс, но не взаимное соотнощение между ними. Действительно, подставляя в неравенство ч То выражения для т и TQ, получают

1L

JA. UOA

Т. е. неравенство будет выполняться для U3,xUon при любой зависимости подвижности /и от температуры.

Для изготовления предложенного устройства достаточно одной диффузии, в то время как для изготовления существующих компараторов на монолитных интегральных схемах требуется по меньщей мере четыре - Ьять диффузий, приче.м к проведению этой единственной диффузии предъявляются значительно менее жесткие требования.

35

Формула изобретения

Устройство для сравнения аналоговых напряжений, содержащее полупроводниковую пластину-с двумя параллельными омическими контактами, между которыми расположены два эмиттера и два коллектора, отличающееся тем, что, с целью повыщения стабильности, в устройство введены эле.мент И и дополнительный

омический контакт, расположенный между основными омическими контактами параллельно им, эмиттеры размецдены параллельно между дополнительным и основными омическими контактами, первый коллектор расположен параллельно эмиттерам, а второтт---- под углом

к ним, причем одни выводы коллекторов равноудалены от соотЕ етствующих эмиттеров, а другие выводы подключены к элементу И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Шилов В. 71. Линейные иргтегральные

схемы. М., «Сов. радио, 1974, с. 181 - 191.

2.Васенков А. А., Борисов Б. С., Лаврищев Е. П. Промып ленная электроника 1973, ,NO 6, с. 9.

3.Авторское свидетельство СССР Х° 466831, Мкл. G 06 К 15/20, 1973.

ft

LJl