Согласующее устройство Советский патент 1980 года по МПК H03K19/00 

I

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля.

Известно согласующее устройство, выполненное на МОП-Транзисторах, позволяющее согласовать как уровни нап-. ряжений, так и высокое выходное сопротивление устройств на МОП-структурах с уровнями напряжений и низким входным сопротивлением элементов типа ДТЛ и ТТЛ fl.

Однако это устройство может применяться только для согласова)шя схем определенного исполнения с определенными уровнями и полярностями выходных и входных сигналов.

Известно согласующее устройство, содержащее два катодных повторителя

2,- Оно также не может быть использовано для согласования блоков электронной аппаратуры, выполнеш1ых на разных элементах, имеющих разные полярности .выходных и входных сигналов.

Целью изобретения является расширение функциональных, возможностей согла« сующего устройства.

Для этого в согласующее устройство,, содержащее первый эмиттерный повтори- 1ёль на входе и второй эмиттерный повторитель на выходе, введен усилитель, вход которого через последовательно соединенные диоды, минимальное количество кото10рых равно единице, подключен к выходу первого эмиттерного повторителя, а выход через последовательно соединенные диоды, минимальное количество которых равно единице, подключен к входу второ15го эмиттерного повторителя, шина питания усилителя и второра вмиттерного повторителя имеет напряжение той жо полярности, что и .требуемая полярность выходного сигнала, коллектор транзистора

20 первого змиттерного повторителя подключен к входу устройства, его база через последовательно соединенные диоды, минимальное количество которых равно еди,нице, 41 элементы делителя напряжения, подключена к входу устройства. На фиг. 1представлена электрическая принципиальная схема согласующего уст ройства; на фиг. 2 - то же, с усилителе другого типа. На вход согласующего устройства (см. фиг. 1) поступают сигналы положи тельной полярности с уровнями напряжений 8-12 В, а на его выходе образуются сигналы отрицательной поля ности с уровнями напряжений О-О,4 В и 2,7 - 4,5 В. Первый эмиттерный повто ритель выполнен на составном транзистореГсоставленном из транзисторов I и 2 п-р-п типа, коллекторы которьк подключены к входной шине З; база транзистора 2 подключена к эмиттеру транзистора 1, а; база транзистора 1 к катоду диода 4, анод которого поД1спю. чей через резистор 5 к входной шине 3 и через последовательно соединенные резисторы 6 и 7 - к общей шине 8, параллельно резисторам 6 и 7 подключен конденсатор 9, между эмиттером транзистора 2 и общей шиной В подключен резистор 10. Усилитель выполнен на составных транзисторах 11 к 1.2 р-птипа, коллекторы которых соответственно через резисторы 13 и 14 подключены к минусовой шине питания 15, база транзистора 12 подключена к эмиттеру транзистора 11, а эмиттер транзистора 12 через резистор 16 - к общей шине 8. База транзистора 11 подключена через резистор 17 к шине 15, через резистор 18 - к шине 8 и через последор вательно включенные диоды 19 - к эми теру транзистора 2 первого эмиттерного повторителя, причем база транзистора 11подключена к катоду одного из последовательно включенных диодов 19, а с эмиттером транзистора 2 соединен анод одного иа диодов 19. Второй эмиттерный повторитель выполнен на составном транзисторе, соста ленном из транзисторов 2О и 21, коллекторы которых подключены к шине 15 эмиттер транзистора 21 подключен к вы ходной шине 22 и через резистор 23 к общей шине 8, а его база подключена к эмиттеру транзистора 20. База транзистора 20 подключена к аноду диода 24, катод которого подключен черед резистор 25, к коллектору транзистора 12усилителя, а через резистор 26 к обшей шине 8. 6Л В согласующем устройстве (см. фиг. 2) вывод резистора 26 подключен не к общей шине 8, а к коллектору дополнительно введенного транзистора 27, коллектор которого через резистор 28 подключен также к шине 15, база транзистора 27 подключена через резистор 29 к шине 15, а через резистор 30 к шине 8, эмиттер транзистора 27 через резистор 31 под1шючен к шине 8. Использование усилителя этого типа при равенстве резисторов 25 и 26 и токов плеч усилителя приводит к взаимной компенсации изменения токов плеч усилителя при изменении режима работы устройства. , Устройство работает следующим образом. При поступлении на входную шину 3 сигнала с уровнем напряжения, соответствующим уровню напряжения логического нуля, транзисторы 1 и 2 эмиттерно- го повторителя на входе должны быть закрыты, а транзисторы 11 и 12 усилителя открыты {для устройства (см. фиг, 2) плечи усилителя, содержащие соответственно транзисторы 12 и 27 должны быть в состоянии баланса). Напряжение коллектора открытого транзистора 12 (или разность напряжений коллекторов транзисторов 12 и 27 для устройства на фиг. 2) должно быть такой величины, чтобы напряжение на выходе согласующего устройства соответствовало уровню напряжения логического нуля. При поступлении на входную шину 3 сигнала с уровнем напряжения, соответствующим уровню напряжения логической единицы, транзисторы 1 и 2 эмиттерно- го повторителя на входе открываются, а транзисторы 11 и 12 усилителя закрываются ( в случае одинаковой полярности входного и выходного сигналов транзисторы 11 и 12 еще сильнее открываются, что приводит к разбалансу плеч усилителя). Напряжение на выходе согласующего устройства будет соответствовать уровню напряжения логической единицы. В зависимости от полярности сигнала, поступающего на входную шину 3, меняется ттш проводимости транзисторов 1 и 2 и полярность подключения диодов 4, при положительной полярности входного сигнала транзисторы 1 и 2 п-р-п типа и база транзистора 1 подключена к катоду диода 4, при отрицательной поля рности входного сигнала транзисто- ры i rr 2 р-п-р типа и база транзистора 1 подключена к аноду диода 4. D зависимости от требуемой полярности выходного сигнала меняется тип проводимости транзисторов усилителя 11 и 12 ( и 27), транзисторов эмит- тарного повторителя 20. и 21, полярность подключения диода 24 и полярность напряжения шины питания 15, которая должна совпадать с полярностью выходного сигнала. Если выходной сигнал отрицательный, то усилитель и второй эмиттерный повто ритель выполняются на транзисторах р-п- .типа, к базе транзистора 20 подключается анод диода 24 если выходной сигнал положительный, то усилитель и второй эмиттерный повторитель вьшолня ются на транзисторах п-р-п типа, а диод 24 можно в этом случае не использоват так как напряжение открывания перехода эмиттер-база кремниевый п-р-п транзисторов достаточно большое, В результате выполнения первого эмиттерного повторителя и усилителя на составных транзисторах повышается вход ное сопротивление согласующего устройства, выполнение второго эмиттерного повторителя на составном транзисторе позволяет улучшить согласование устройства с нагрузкой, кроме того, уменьшается мошность потребления. Помехозащищенность согласующего уст ройства тем выше, чем выше значение напряжения на конденсаторе 9, при котором происходит открывание транзисторов 1 и 2 и изменение состояния тран- зисторов 11 и 12, и чем меньше изменение потенциала базы транзистора 11, требуемое для изменения состояния тра зисторов 11 и 12. Небольшое измененне потенциала базы транзистора 11 достигается выбором режима работы усилителя, а повышение напряжения на конденса торе 9, при котором происходит открыва ние транзисторов первого эмиттерного повторителя на входе и изменение состояния транзисторов 11 и 12 усилителя достигается путем подбора необходимого числа последовательно включенных диодов 4 и 19. При разной полярности вход ных и выходных сигналов последовательно соединенные диоды 19 подключаются таким образом, чтобы протекал ток по цепи, шина 15 - резистор 17 - диоды 19 - резистор 10 - обшая шина 8, в случае, когда полярность входных и выходных сигналов совпадает, последсжательно соединенные диоды 19 могут быть подключены и в обратной полярности. Для обеспечения динамической помехоустойчивости согласующего устройства служит конденсатор 9. В тех случаях, когда на вход согласующего устройства, выполненного на кремниевых транзисторах, приходят сигналы с частотой f 1 - 1,5 МГц, а на вход согласующего устройства, выполненного на германиевых транзисторах, приходят сигйалы с частотой 20 - ЗО кГц, динамическую помехоустойчивость можно обеспечить подбором транзисторов схем с соответствующей граничной частотой в момент Появления на входе согласующего устройства, в котором приме- няется конденсатор 9, напряжения, соответствующего уровню напряжения логической единицы, входное сопротивление устройства определяется номиналом резистора 5, кроме того, наличие резистора 5 предотвращает возникновение колебательного процесса между реактивными элементами линии связи и конденсатором 9, При задании режима работы усилите- |1я необходимо учитывать следующее. Для обеспечения напряжения на выходе устройства, соответствующего напряжению логического нуля, в случае выполнения усилителя на составном транзисторе, составленном из транзисторов 11 и 12, коллектор каждого из транзисторов подключается через отдельный резистор к шине питания для уменьшения потенциала коллектора транзистора 12, кроме того, наличие резистора 13 предотвращает пробой транзистора 11 в случае выхода из строя транзистора 12. Также с целью уменьшения потенциала коллектора транзистора 12 номинал резистора 16 выбирается таким, чтобы падение напряжения на нем было как можно меньше, например, порядка 0,1 В, при этом и закрывание транзисторов 11, 12 происходит при уменьшении потенциала базы транзистора 11, примерно на 0,2 В, т. е. обеспечивается достаточно высокая чувствительность оконечных каскадов устройства . Для обеспечения напряжения логического нуля на выходе используется также делитель напряжения на резисторах 25 и 26, причем, чем отношение их номиналов больше, тем меньший номинал резистора 26 можно задать и гем легче согласовать его с нагрузкой на выходо второго эмиттерного поЪторител я, и тем вьтше ТеьЛературная стабильность схемы. Но с другой стороны, чем меньше отношение номиналов резисторов 25 и 26, меньше изменение потенциала KonjiejtTOpa транзистора 12 при изменениях его состояния и требуемое : . изменение потенциалов базы транзистора 1 1 для изменения состояния транзисторов 11 и 12, т. е. тем выше чувствительность оконечных каскадов устройства

Номинал резистора 13 выбираетсгя достатошо большим для уменьшения значения тока коллектора транзистора 11 и следовательно, уменьшения требуемого изменения потенциала его базы, при котором происходит изменение состояния этого транзистора.

Таким образом, предлагаемое устрой ство может применяться для согласования схем разного исполнения, с paaiaaMii уровнями и полярностями выходных и входных сигналов. В согласующем устройстве могут использоваться усилители разных типов.

Формула изобретения

Согласующее устройство, содержгзшее первый эмиттерный повторитель на вхЭ- 9 W W

де и второй эмиттерный повторитель на выходе, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введен усилитель, вход которого через последовательно соединенные диоды, минимальное количество которых равно единице, подключен к выходу первого эмиттерного повторителя, а выход - через последовательно соединенные диоды, минимальное количество которых равно единице, подключен ко входу второго эмиттерного повторителя, шина питания усилителя и второго эмит- терного повторителя имеет напряжение той же полярности, что и требуемая по-;лярность выходного сигнала, коллектор транзистора первого эмиттерного повторителя подключен ко входу устройства,, а его база через последовательно соединенные диоды, минимальное количество которых равно единице, и элементы делителя напряжения подключена ко входу устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР Зх 327610, кл. И 03 К 19/00, 197О.

2.Авторское свидетельство СССР № 323843, кл. li 03 F 3/60, 1970. -2,7т-4.56