Устройство формирования импульсов Советский патент 1981 года по МПК H03K5/01 

сигналов через токоограничивающее звено, состоящее из соединенных параллельно резистора и-конденсатора, два переключающих транзистора разных типов проводимости, эмиттеры которых соединены с положительной и отрицательной шинами первого источника питания, коллекторял - с одним выводом резистора обратной свзи, а базы соединены через аналогичные токоограничивающие звенья с коллектором входного транзистора, вне- ден дополнительный транзистор обратного по отношению к входному транзитору типа проводимости, дополнительный конденсатор и выходной каскад, причем коллектор дополнительного транзистора соединен с коллектором входного транзистора,эмиттером соедненного с шиной второго источника питания, эмиттер дополнительного транзистора подключен к шине третьего источника питания, а база соединена непосредственно с другим выводом резистора обратной связи и подключена через дополнительный конденсатор к шине входных сигналов, при этом коллекторы переключающихся транзисторов подсоединены к шине выходных сигналов через выходной каскад, который содержит два. транзистора разного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с шинами источника питания, базы .через токоограничиваюцие звенья подключены к входной, а коллекторы к выходной шине каскада.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства формирования импульсовf на фиг. 2 - схема выходного каскада устройства,вариант на фиг. 3 - схема выходного каскада устройства, вариант; на фиг. 4диаграмма импульсных напряжений устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит входной р-п-р транзистор 1, база которого соединена со входом устройства через токоограничивающее звено, состоящее из соединенных параллельно резистора 2 и конденсатора 3, два переключающих транзистора 4 и 5 разных типов проводимости, эмиттер транзистора 4 соединён с отрицательной шиной первого источника питания, а транзистора 5 - с положительной шиной этого источника питания Е, коллекторы соединены с одним выводом резистора 6 обратной связи, а базы соединены через аналогичные токоограничивающие звенья, состоящие из резисторов 7 и 8, и конденсаторов 9 и 10, с коллектором входного транзистора 1. Коллектор дополнительного транзистора 11 соединен с коллектором входного транзистора 1, эмиттер которого соединен с положительной шиной исггочника питания Ej, база дополнительного транзистора соединена с другим выводом резистора б обратной связи, эмиттер соединен с отрицательной шиной источника питания E-J, конденсатор 12 включен межjj ду базой дополнительного транзистора 11 и входом устройства. Выходной каскад 13 соединен с коллекторами переключающих транзисторов 4 и 5, а его выход является выходом устIQ ройства. Отрицательная шина источника питания Е соединяется с положительными шинами источников питания Е и ЕЗ и с корпусом. Практически величина напряжения источника питания Е 2 составляет от +1,5 до +2В. Если в качестве источника Е использовать источник питания +5в цифровых микросхем, то между базой и эмиттером входного транзистора необходимо включить дополнительный резистор. Если для управления устройством используются цифровые элементы отрицательной логики, то источник питания J:. не нужен. В этом случае эмиттер входного транзистора сое 5 диняется с положительной шиной источника питания ЕЗ.

С целью сокращения числа источников питания, вместо источников питания Ех| и Е, а также вместо источниQ ка питания выходного каскада можно применить один общий источник.

Выходной каскад может быть построен, например, по схеме симметричного эмиттерного повторителя на

транзисторах 14 и 15 разных типов

проводимости (фиг. 1), коллекторы которых присоединены к соответствующим шинам источника питания, а эмиттеры соединены и являются выходом устройства. Базы транзисторов 14 и

0 15 соединены между собой и соединены с коллекторами переключающих транзисторов 4 и 5. Такой выходной каскад не инвертирует входной сигнал. Выходной каскад может выполнять

5 инверсию входного сигнала (фиг.2), Схема этого выходного каскада псэлностью аналогична каскаду переклю- . чающих транзисторов 4 и 5 (фиг. 1).

Выходной каскад может быть пол строен по более сложной схеме при помощи транзисторов 18-21 (фиг. 3). На соединенных вместе коллекторах транзисторов 18 и 19 образуется выходное импульсное напряжение прямоугольной формы, инвертированное по отношению ко входному напряжению. На коллекторах транзисторов 20 и 21 образуется неинвертированное выходное импульсное напряжение. Существование на выходах одного

0 устройства как инвертированного, так и неинвертированного выходных импульсных напряжений позволяет сократить число устройств почти в два раза при управлении однострочным

5 ПЗС датчиком изображения.

Устройство можно без каких-либо изменений использовать совместно с ПЗС,выполненными-как на основе полупроводника п-типа проводимости, так и полупроводника р-типа. Но в устройстве, предназначенном преимущественно для работы г- ПЗС на полупроводнике р-типа, целесообразно изменить по сравнению с фиг. 1 проводимости транзисторов и шины источников питания на обратные.

Любой транзистор может быть выпонен по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона). Это обеспечивает более высокую энергоэкономичность устройства, в особенности в преимущественно статическом режиме его работы.

При массовом производстве устройства целесообразно изготовление элементов его схемы на одном общем кристалле или на небольшом числе кристаллов полупроводника. В этом случае в устройстве вместо резисторов можно применить полевые транзисторы с изолированным затвором. В качестве конденсаторов могут быть использованы МДП-конденсаторы или емкости закрытых р-п переходов.

Устройство работае следующим образом.

Импульсное напряжение прямоугольной формы (фиг. 4, ось А) подается с выхода цифровой микросхемы на вход устройства и, воздействуя чере токоограничивающее звено (резистор 2 и конденсатор 3), в момент времени t включает транзистор 1. Скачок напряжения от переднего фронта этого импульсного напряжения также поступает через конденсатор 12 на баз транзистора 11 и дифференцируется. Поэтому на базе п-р-п транзистора 11 образуется отрицательный экспоненциально-спадающий импульс (фиг. 4 ось Б, кривая а), который в момент времени t закрывает этот транзистор на время своей длительности t . Промеу-суток времени t; определяется временем превышения по абсолютной величине этим импульсом порогового напряжения тока базы Up транзистора 11. При одновременном включении транзистора 1 и выключении транзистора 11 их коллекторы в момент времени tj принимают потенциал, близкий потенциалу положительной шины источника питания Е (фиг. 4, ось в). Возникающий на коллекторах этих транзисторов положительный перепад напряжения по своей величине близок к напряжению второго и третьего источников питания (В2 + Е). Этот скачок напряжения поступает череэ два токоограничивающих звеиа (резисторы 7 и 8 и конденсаторы 9 и 10) на базы п-р-п транзистора 4 и р-п-р транзистора 5, причем транзистор 4 включается, а транзистор 5 выключается. Благодаря высокочастотности транзисторов устройства, а также благодаря существованию в токоограничивающих звеньях ускоряющих конденсаторов 9 и 10 переклюJ чение транзисторов 4 и 5 происходит почти непосредственно в момент времени t. Таким образом, в этот момент времени коллекторы транзисторов 4 и 5 скачком приобретают потенциал, близкий потенциалу отрицательной шины источника питания Е,(фиг.4, ось г), который воспроизводится при . помощи выходного каскада на выходе устройства (фиг. 4, ось Д). Отрицательный перепад напряжения, образова5 вшийся в момент времени t на коллекторах транзисторов 4 и 5, через резистор 6 обратной связи воздействует на базу транзистора 11 (фиг.4 ось Б, кривая б)и, спадая экспоненциально, подтверждает с некоторой задержкой Т по времени выключенное состояние этого транзистора. Промежуток времени т определяется относительно порогового напряже5 НИН Up на базе транзистора 11. Величина резистора б и конденсатора 12 выбирается таким образом, чтобы величина С была меньше Т . В момеит времени t потенциал входа

jj скачком принимает уровень 1 и закрывает транзистор 1. На базе транзистора 11 этому положительного скачку напряжения соответствует экспоненциальноспсщающий импульс (фиг.4,

- ось Б, кривая в), который открывает

транзистор 11 в момент времени t. В этот момент времени на коллекторах транзисторов 1 и 11 образуется отрицательный перепад напряжения (фиг.4 ось в), который через токоограничи0 вающие звенья воздействует на базы транзисторов 4 и 5. Поэтому транзистор 4 закрывается, а транзистор 5 открывается, т.е. потенциал коллекторов этих транзисторов в момент врее мени to скачком приобретает потенциал , близкий потенциалу положительной шины питания источни I Е (фиг. 4, ось г). Этот уровень воспроизводится на выходе устройства

Q (фиг. 5, ось Д) при помощи выходного каскада. Положительный скачок напряжения посредством резистора 6 обратной связи подтверждает включенное состояние транзистора 11 с некоторым запозданием tj(фиг. 4, ось

Б, кривая г), но до прекращения действия продифференцированного.перепада входного напряжения (фиг. 4, ось Б, кривая в). Уровень на выходе поддерживается до момента времени

0 3 когда начинается следующий период функционирования устройства.

В предлагаемом устройстве уменьшение потребляемой.энергии достигается главным образом за счет почти

5 полного исключения статической соетавлякяцей тока входного транзистора; при применении предла аемого устройства в телевиз,и энных камерах, близких к частотс1М разложения, вещательного стандарта, общая экономия энергии источника питания (принимая во внимание как режим непрерывного формирования импульсов, так и статический режим работы) составит Минимум 30%.

Формула изобретения

1. Устройство формирования импульсов, содержащее входной транзистор, база которого соединена с шиной входных сигналов через токоограничивакяцее звено, состоящее из соединенных параллельно резистора и конденсатора, два переключающих транзистора разных типов проводимости, эмиттеры которых соединены с положительной и отрицательной шинами первого источника питания, коллекторы соединены с одним выводом резистора обратной связи, а базы соединены через аналогичные токоограничивающие звенья с коллектором входного транзистора, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потребляемой энергии и увеличения частоты следования формируемых импульсов, в него введен дополнительный

транзистор обратного по отношению к входному транзистору типа проводимости, дополнительный конденсатор и выходной каскад, причем коллектор дополнительного транзистора соединен с коллектором входного транзистора,эмиттером соединенного с шиной второго источника питания, эмиттер дополнительного транзистора подключен к шине третьего источника питания, а база соединена непосредственно с другим выводом резистора обратной связи и подключена через дополнительный конденсатор к шине входных сигналов, при этом коллекторы переключающихся транзисторов подсоединены к шине выходных сигналов через выходной каскад.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, выходной каскад содержит два транзистора разного типа проводимости, эмиттеры которых соединены с шинами источника питания, базы через токоограничивающие звенья подключены к входной, а коллекторы к выходной шине каскада

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Будинский Я. Логические цепи в цифровой технике. М., Связь, 1977, с. 337.

2.Патент США № 3858059, кл. 307264, 1974 (прототип).

1.

хФиг. 2