Компаратор Советский патент 1980 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

(54) КОМПАРАТОР

1

Изобретение относится к радио-. электронике, а более конкретно к мно-. гоцелевым элементам микроэлектронной аппаратуры, применяемым в вычислительной и измерительной технике. 5

Известен компаратор, содержащий блок вычитания, который образует разность входных напряжений ли усилитель, усиливающий разность входных сигналов AU, пороговый детек- «О тор полярности, определякяций знак разности и выходной каскад, обеспечивающий необходимые уровни цифровых сигналов LlJ

Одним из недостатков рассматрива- |5 емого компаратора является то, что реализация данного компаратора в полупроводниковом кристалле методами микроэлектроники сложна и нетехнологична, к тому же необходим дополни- 2Q тельный отрицательный источник питания.

Известен компаратор, содержащий два триггера, основной и дополнительный, каждый из которых выполнен на 25 одном двухколлекторном п-р-п тран- зисторе.

Устройство представляет собой разряд регистра сдвига, выполнякнцего прием и передачу информации из одно- 30

го триггера в другой по фронтам тактовых импульсов 2.

Однако данное устройство не может реализовать функцию компаратора тока.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в компаратор, содержащий два триггера, основной и дополнительный, каждый из которых выполнен на двух транзисторах п-р-п типа и одном транзисторе р-п-р типа, эмиттер каждого из которых соединен с источником тактового сигнала, коллекторы транзистора р-п-р типа основного триггера соединены с базами транзисторов п-р-п типа, а два коллектора транзистора р-п-р типа дополнительного триггера соединены с базами транзисторов п-р-п типа, одни из коллекторов которых соеди уены с выходными клеммами, введены элемент сравнения на двух транзисторах р-п-р типа ,одноколлекторны1. и двухколлекторный транзисторы п-р-п гипа, эмиттеры которых соединены с общей шиной, коллекторы двухколлекторного транзистора п-р-п типа соединены с коллекторами транзистора р-п-р типа основного триггера, а коллектор одноколлекторного транзистора п-р-п типа соединен с третьим коллектором р-п-р транзистора дополнительного триггера, причем эмиттеры транзисторов элемента сравнения соединены с входными клеммами, базы - с общей ши чой, а коллекторы соединены с коллек торами двухколлекторного транзистора п-р-п типа... . На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого токового компаратора; на фиг. 2 временная диаграмма; на фиг. 3 топология предлагаемого токовог.р ком паратора; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг„ 3.. Устройство содержит входные одноколлекторные р-п-р транзисторы 1 и 2 двухколлекторные транзисторы 3 и 4 основного триггера, двухколлек торый р-п-р транзистор 5 основного, одноколлекторый п-р-п транзистор 6, двухколлекторный п-р-п транзистор 7, трехколлекторный р-п-р транзистор 8 дополнительного триггера, двухколлекторные п-р-п транзисторы, образующие дополнительный триггер. Устройство работает следующим образом. На эмиттер транзистора 5 подается стробирующий импульс Ф, на эмиттер трайзистора 8 подается импульс Ф. При наличии импульса Ф на эмиттере р-п-р транзистора 5, коллектор п-р-п транзистора 6 замыкается на землю. Замкнутый на землю коллектор создаёт на базе п-р-п транзистора 7 низкий потенциал за счет непосредственной связи базы с коллектором. Кол лекторные переходы транзистора 7 смещаются в обратном направлении и обрывают связь, замыкающую входную информацию на землю. Одновременно в базах п-р-п транзисторов 3 и 4 начинают накапливаться заряды от строб-импульса через р-п-р транзистор б за счет совмещения структур на ранее накопленные заряды на базовых емкостях до порога срабатывания, Основной триггер устанавливается в одно из устойчивых состояний в зависимости от разности зарядов на базах транзисто а. Допустим, что транзистор 3 включается, а транзистор 4 выключается. Тогда за счет непосредственной связи коллекторов основного триггера с базгили транзисторов дополнительного (выходного) триггера происходит подготовка выходного триг гера к приему информации, за счет ра ностного накопления зарядив на узловых емкостях в базах и при подаче Ф триггер устанавливается в состоя ние, определенное зарядами баз. Присутствие Фа на транзисторе 8 и отсутствие Ф на транзисторе 5 при водит к отключению транзистора б и включению транзистора 7, через коллекторы которого протекают токи от анализируемого и опорного сигналов. Протекаемые токи заряжают базы транзисторов основного триггера, опре деляя последующее его состояние с приходом Ф . Анализ, проведенный с использованием модифицированной модели ЭберсаМолла показывает, что переключение основного триггера в то или другое состояние происходит при условии 1 РUuM ) (б)о(5)е Р-s« J,u,33ou)(.,.o(5) нормальные коэффициенN(H} ты передачи тока транзисторов 1 и 2 соответственно;приведенный к одному коллектору нормальный коэффициент передачи тока транзистора 5 )(D начальный ток эмиттера транзистора 1 и 2; начальный ток эмиттера . транзистора 5; и - напряжение на эмиттерном переходе транзистора, на который подается опорный сигнал; и - напряжение на эмиттер ном переходе транзистора 5, определяются технологическим разбросом изготовления р-п-р тран- 1 зисторов; . К /К -отношения, по экспери 4 ментальным данным не превышающие 5% в диапазоне токов от 0,1 А до 5 мА, Предлагаемый компаратор предназна- ей для выполнения в составе интегральных схем с инжекционным питанием. Простота изготовления компаратора в одном кристалле со схемами интегральной инжекционной логики, обеспечение высокой степени интеграции на кристалле, минимальное произведеиие потребляемой мощности на время переключения, а также изготовление по технологии биполярных интегральных схем обеспечивают положительный эффект от применения предлагаемого компаратора. Формула изобретения Компаратор, содержащий два триггера, основной и дополнительный, каждый .из которых выполнен на двух транзисторах- п-р-п типа и одном транзисторе р-п-р типа, эмиттер каждого из которых соединен с источником тактового сигнала, коллекторы транзистора р-п-р типа основного триггера соединены с базами транзисторов п-р-п типа, а два коллектора транзистора р-п-р типа дополнительного триггера соединены с базами транзисторов п-р-п типа, одни из коллекторов которых соединены с выходными клеммами, отличаю ц/и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, в него введены рлемент сравнения на двух транзисторах р-п-р типа, одноколлекторный и двухколлекторный транзистора п-р-п типа, эмиттеры которых соединены с общей шиной, коллекторы двухколлекторного транзистора п-р-п типа соединены с коллекторами транзистора р-п-р типа основного триггера, а коллектор одноколлекторного транзистора п-р-п типа соединен с третьим коллектором р-п-р транзистора дополнительного триггера, причем эмиттеры транзисторов элемента сравнения соединены с входными клеммами, базы - с общей шиной, а коллекторы соединены с коллекторами двухколлекторного транзистора п-р-п типа.

o

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Зарубежная радиоэлектроника. 1976, № 6, с. 53, рис. 27.

5

2.Зарубежная электронная техника. 1973, 19, с. 40, рис. 34 (прототип) .

бходгьпор.

J

ч

I

1

f

ф

п

П

J

и

Фие2

flW/

790257

J

аа.З

BMdl

ФигМ