Преобразователь логических уровней Советский патент 1980 года по МПК H03K6/02 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛОГИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ

Изобретение относится к импульсно технике, и может быть использовано, н пример, для преобразования (трансляции) уровня И преобразования (нелинейного усиления) амплитуды импульсов. Известен преобразователь логических уровней по основному авт. св. № 7.05665, содержащий генератор тока, управляющий вход которого подключен к выходу вентильного элемента, а выход генератора тока соединен со входом выходного транзисторного ключа, между входами вентильного элемента и выходного транзисторного ключа в деа резистивно-емкостной двyxпo шc НИК, выполненный, например, в виде параллельно соединенных конденсатора И последовательной ЯС-цепир. Недостатки прототипа проявляются, ио.-первых, при комплексной нагрузке 2ц . Действительно, несмотря на то, что в прототипе выходной транзисторный ключ коммутируется практически безынерционно, однако, при переключении вьаходного ключа из отпертого СОСТОЯНИЯ в запертое фронт выходного импульса оказывается пологим и длительность его зависит от постоянной времени нагрузки. Кроме того, длительность фронта выходного импульса зависит также от величины паразитной емкости , шунтирующей нагрузку. Для уменьшения длительности фронта выходного импульса приходится уменьша.ть сопротивление резистора в цепи коллектора выходного транзисторного ключа, что приводит к значительному увеличению потребляемой мощности преобразователя . во-вторых, ОДИН ИЗ уровней выходного импульса прототипа зависит от величины тока, потребления нагрузки. При Увеличении тока потребления уровень положительного напряжения уменьшается, то есть уменьшается амплитуда выходного Импульса. Для уменьшения ВЛИЯНИЯ тока ,нагрузки на уровень (амплитуду) выходного импульйа также приходится уменьшать сопротивление резистора в цепи коллектора выходного транзисторного ключа. Таким образом, уменьшение длителы ности фронта выходного импульса и уменьшение влияния тока нагрузки на уровень (амплитуду) выходного импульса связано с увеличением мощности рассеивания прототипа.

Целью изобретения является уменьение рассеиваемой мощности преобраователя логических уровней при дновременном обеспечении высокого ыстродействия.

Для этого 8 преобразователь лоических уровней, содержащий генеатор тока, вентильный элемент, выодной транзисторный ключ, резистиво-емкоётной двухполюсник, введены ктивно-реактивный транслятор уровня, выполненный на согласующем транзисторе одинакового типа проводимости по отношению к транзистору выходйбгЬ ключа/ причем коллеКтЪр соглаcyjoiuero транзистора соединен через первую RC-цепь с его эмиттерЬм и через вторую RС-цепь - со средней точкой, Ьервой RC-цбпи и входом вентильного элёмента, и дополнительный транзистор противоположного типа проводийЬети по отношению к транзистору выходного ключа, при этом база, коллектор и эмиттер дополнительного транзистора подключены соответственHCJ к коллектору, согласующего транзистора, коллектору транзистора выходного ключа и источнику напряжения, На чертеже приведена электрическая схема преобразователя логичейких уровней. Он содержит вентильный элемент 1, выход которого подключен к управляющему входу генератора тОка 2, который состоит из токоза/дающего элемента 3 и п:рОходного транзисторного ключа 4. ваход генератора тока 2 соединен с входом выходного транзисторного ключа 5. При этом вывход вентильного элемента 1 соедийёи С входом выходного транзисторного ключа 5 через резИстивно-емкОстной двухполюсник 6, выполненный например, в виде па заллельно соединенных конденсатора и порЛедователь- . ной RC-цепи, базой дополнительного транзистора 7 противоположного типа проводимости По отношению к транзистору выходного ключа 5 - через активно-реактивный транслятор уровня 8, выпЬлненный на согласующем транзисторе 9 одинакового типа про Ёгодимбстй по отношению к транзистору выходного ключа 5, причем коллектор согласующего транзистора 9 соединен через первую RC-цепь 10 с его эмиттером и через вторую RC-цепь 11 со средней точкой первсэй R С-цепи 10 и входом вентильного элемента 1. При этом база коллектор и эмиттер дополнительного транзистора 7 подключены соответственно к коллектору согласукяцего транзистора 9, коллектору транзистора выходного ключа 5 и источнику напряжения.

Преобразователь логических уровней работает следукмщим обра ем,

вх :ЩйШг13-(йг1Ш:1т, близком к нулю (ниже напряЯсейИЯ смещения ЕСМ) в; прбвОдЩ ш;стс5Я7

НИИ находится вентильный элемент 1 и согласующий транзистор 9 активно-реактивного транслятора уровня 8. Проходной транзисторный ключ 4 коммутируемого генератора тока 2 находится в запертом состоянии и ток токозадающего элемента 3 прот текает через вентильный элемент 1.При этом выходной транзисторный ключ 5 заперт. Базовый ток дополнительного транзистора 7 определяется током 0гласующего транзистора 9, который, в свою очередь, задается резистором первой RC-цепи 10. Дополнительный транзистор 7 насыщен, и напряжение на выходе преобразователя равно напряжению питания Е. При этом выходное сопротивление преобразователя определяется насыщенным транзистором 7 и поэтому очень мало.

При уровне входного сигнала выше напряжения смещения Е вентильный элемент 1 и согласующий транзистор 9 активно-реактивного транслятора уровня 8 находятся в запертом состоянии, а проходной транзисторный ключ 4 коммутируемого генератора тока 2 находится в проводящем состоянии. При этом ток токозадающего элемента 3 протекает через проходной транзисторный ключ 4на вход выходного транзисторного ключа 5. Дополнительный транзистор заперт, а выходной транзисторный ключ 5 насыщен, и наПряжение на выходе преобразователя равно напряжению питания - Е. При этом выходное сопротивление преобразователя определяется насыщенным транзистором 5 и также очень мало.

При изменении уровня входного импульса с низкого на высокий (или с высокого на низкий) происходит изменение состояния вентильного элемента 1, проходного тразисторного ключа 4, согласующего транзистора 9 и соответственно выходного транзисторного ключа 5 и дополнительного транзистора 7. В то же время фронты входного импульса поступают на вход выходного транзисторного ключа 5, минуя последовательно соединенные вентильный элемент 1 и коммутируемый генератор тока 2, и на базу дополнительного транзистора 7, минуя согласующий транзистор 9, сортветственно через резистивно-емкостной двухполюсник 6 и через реактивные элементы аКтИвно-реактивного транслятора уровня 8. Резистивно-ёмкостный двухполюсник б, а также конденсатор первой RC-цепи 10 и вторая ,RC-цeпь 11 обеспечивают форсированный ток управления выходным транзисторным ключом 5И дополнительным транзистором 7 в моменты поступления фронтов входного импульса. При этом, во-пёрёых, исключается задержка выходного сигнала относительно входного. Которая вносится вентильным

элементом i и коммутируемым генератором тока 2, а также согласующим транзистором 9. Во-вторых, одновременно обеспечивается форсированное переключение выходного транзисторного ключа 5 и дополнительного транзистора 7 как из закр лтого состояния в открытое,так и из открытого стояния в. закрытое,что приводит к рекому уменьшению задержки и увеличен крутизны обоих фронтов выходного импульса преобразователя логических уровней.

Таким образом, в отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве, во-первых, резко повышена крутизна фронта выходного импульса при комплексной нагрузке, а также при наличии паразитной емкости, шунтирующей нагрузку, поскольку в предлагаемом устройстве при форсированном переключении выходного ключа 5 из отпертого состояния в запертое одновременно форсированно отпирается до насыщения дополнительный транзистор 7, что обеспечивает низкоомный выход преобразователя и быстрый перезаряд емкости нагрузки. При этом форсированный (резко увеличенный) ток управления имеет место только в моменты переключения дополнительного транзистора 7. В статическом же режиме величина тока управления минимальна и выбирается, исходя из условия насыщения дополнительного транзистора 7. Такое динамическое управление дополнительным транзистором 7 позволяет уменьшить рассеиваемую мощность преобразователя.

Во-вторых, величина уровней (амплитуда) выходного импульса предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом, .практически не зависит от тока нагрузки, поскольку источники питания как отрицательного,так и положительного напряжения подключаются к выходному выводу преобразователя через насыщенные транзисторные ключи. При этом практически отсутствует мощность рассеивания на участке цепи выходной транзисторный ключ 5 дополнительный транзистор 7, что также уменьшает мощность потребления предлагаемого преобразователя по сравнению с прототипом.

Формула . изобретения

Преобразователь логических уров15 ней по авт. ев, 705665, о т л и чающийся там, что, с целью уменьшения рассеиваемой мощности при одновременном обеспечении высокого быстродействия, введены ак20 тивно-реактивный транслятор уровня выполненный на согласующем транзисторе одинакового типа проводимости по отношению к транзистору выходного ключа, причем коллектор согласующего транзистора соединен е25рез Первую RC-цепь с его эмиттером и через вторую RC-цепь - со средней точкой первой RC-цепи и входом вентильного элемента, и дополнительный транзистор противоположного

30 типа проводимости по отношению к транзистору выходного ключа, при этом база, коллектор и эмиттер дополнительного транзистора подключены соответственно к коллектору согласующего транзистора, коллектору транзистора выходного ключа и источнику напряжения.

Источники информации, 40 принятые во внимание при экспертизе

ff

it

-Hi

f

цд

ай)Ж 4«ейг;: :- Р ЙГ-: 1г ,-

f

J-rr

:«

:

-0-f