Многоразрядное коммутирующее устройство Советский патент 1981 года по МПК H03K17/567 H03K17/16 

379 яательные эффекты, характерные для кГом1 мутирующих устройств, с высоким остато ным напряжением. Целыо изобретения является уменьшение остаточного напряжения на выходах. Указанная цель достигается тем, что в многоразрядное коммутирующее устройство, содержащее в каждом разряде первый тиристор, включенный последовательно с первым токозадающим элементом и диодом между шиной питания и первой шиной, и второй тиристсф, включенный последовательно с вторым токозадающим элементом между шиной питания и шиной, в каждый разряд дополнительновведены два элемента .фиксации тока с диодной цепью смещения и транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной, коллектор соединен с выходной шиной, база через цепь смещения первого элемента фиксации .тока соедшюна с первым катодом первого Т1фистора, вх.од первого элемента фиксации тсжа соединен с анодом второго тиристора предыдущего по направлению переключения разряда, анод тиристора Через Ьервый токозадающий элемент соединен с шиной питания , второй катод соединен с управляющим электродом втсфого тврист(а, анод которого через второй токозадающн элемент соединен с шиной питания, перш катод соединен с второй шиной через цепь смещения второго элемента фиксации тока, вход которого соединен с анодом первого THpHCTqpa, второй катод второго т1фистора соединен с управляющим электродом первого тиристора следующего по направлению переключения разряда, а первая шина является общей. Кроме того, устройство может быть модифишфовано дополнительным введением первого управляющего устройства, содержащего первый транзистор, эмитрер которого соединен с первой шинбй, коплектсф соединен с вгсфой шиной первы резистор соединен с шиной питания, база соединена с коллектором второго транзистора, база которого ч&рез второй резистор соединена с шиной питания, а эмиттер соединен с входной шиной; дополнительным введением второго ущэавляющего устройства, содержащего пёрш транзистор, эмитт KOTqporo соединен с шиной питания, коллектор через первый резистор соединен с управляющим электродом первого Т1фистора первого разря- 55 да, база через второй резистор сое|динена с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен.с первой шиной, база через третий резистор сое- 4 динена с первой шиной и через диод соединена с коллектором третьего тран зистора, база которого через четвертый резистор соединена с шиной питания, а эмиттер - с информационной шиной; дополнительным введением в каждый разряд третьего элемента фиксации тока- с целью диодного смещения, цепью смещения которого является эмиттерный переход транзистора, база и коллектор которого дополнительно соединены между собой. В одном из вариантов элемент фиксации тока с целью диодного смещения содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры и базы которых соединены, база первого транзистора соединена с его коллектором, а токозадающий элемент выполнен в виде генератора тока. . На фиг. 1 изображен основной вариант предлагаемотх) устройства; на фиг. 2 модифицированный вариант. Многсфазрядное коммутирующее устройство (см.фиг. 1) содержит первые Тиристоры - Irih, где ц- количество разрядов, аноды которых через токо- задающие элементы 2 - 2 соедине тны с шиной 3 питания. В качестве токозадающнх элементов могут использовать ген аторы тока или, в простейшем случае, peзж;тqpы Первые катоды тиристоров - ) через цепи смещения первых элементов 4sl - 4«.h фиксации тока и диоды 5 SsVi соединешл с базами транзисторов. 6яг1 - 6вМ, коллекторы которых соединены с выходными шинами - а эмиттеры - с первой шиной 8, которая является общей. Аноды вторых тиристоров 9в1 - 9 а через токозадающие элементы - lOcVj соединены с шиной 3 питания, первые катоды вторых твристороб 9с:1 - 9 V) через цепи смещения вторых элементов llsl - , фиксации тОка соединены с второй шиной 12. Втярые катоды тирист фов 1«1 - 1Н1 и 9с1 0вГ соединены с управляюишми электродами тиристоров 9-г1 - 9яИ и - 1вУ|. Аноды TsqpHCTCpoB Ijjl - 1жЦИ 9sl - 19s:y) соединены с входами приема тока элементов фиксации тоКа 11 я 1 гг 11)) и 4я.1 - 4-Vl соответственно. Каждый разряд устройства содержит два элемента фиксации тока, диод и транзистс. Для обеспечения работы устройства уровень О на шине 12 должен быть меньше падения напряжения на одном р-)ч переходе, а нагрузочная способность ге517нератора тактовых и-мпульсов, подсоедйняемого к шине 12, должна быть доста точной для коммутации суммарного тока протекающего через тиристоры Ssl,- ЭвИЧтобы не накладывать ограничений на выполнение тактового . генератора в схему введено первое управляющее устройство 13, которое может быть выпол нено, например, в виде ТТЛ инвертора л содержащего транзистор 14, коллектор которого соединен с щиной 12, эмиттер соединен с шиной.8, база через резистор 15 соединена с шиной 8 и через диод 16 соединена с коллектором транзистора 17, база которого через резистор 18 соединена с шиной 3 питания, а эмиттер - с тактовой шиной 19. Элементы 4-1 - 4- И. - 11гН фиксации тока с диодным смещением в простейшем случае могут быть выполиены по конфигурации зеркала тока, со стоящего из транзисторов , 2О5-1 20 П, 21зЪ, , 23 - 22яЦ, 2 3-Й. Другие схемы эле ментов фиксации токасдиоднымсмещениемтакже могутиспользоваться в предлагаемом устфойстве. Ток, протекающий в токоприемной цепи элементов 4т1 - 4-яУ} фиксации тока должен быть равен или несколько превышать ток в цепи смещения. Входная информация может подаваться в последовательном или параллельном коде. В первом случае код информации должен поступать на управляющий электрод тири тора li:l синхронно с тактовыми импуль сами. Во втором случае информационный код должен подаваться на управляющие электроды всех тиристоров - 1яй одно временно. Уровень логической 1 инфор ционных импульсов должен превьипать напряжение на 4-х р-и переходах, т.е. около 2,8 В. Для .снижения, требований к источнику информационных импульсов в устройство может быть введено второе управляющее устройство 24., содержащее например, транзистор 25, эмиттер которого соединен с шиной 3 питания, коллектор через резистор 26 соединен с управляющим электродом тиристора lei, а база через резистор 27 соединена с коллектором транзистора 28, эмиттер которого соединен с шиной, 8, база через резистор 29 соединена с шиной 8 и через диод ЗО - с коллектором транзистор 31, база которого через резистор 32 соединена с щиной 3 питания, а эмиттер с информационной шиной 33. Работа многоразрядного коммутирую щего устройства заключается в следующем. 9 Допустим, в исходном состоянии все тиристоры lei - IsrVl И 9. - выключены, на всех выходных шинах 7 1 - в этом случае высокий поте1Ш.иал. При поступлении импульса на информационную шину 33 включаются транзисторы 28 и 25 управляющегчз устройства 24 к коллекторный ток транзистора 25 начинает протекать через управляющий электрод тиристора 1:х1, в результате чего, тиристор включается. В результате включения тиристора через эмиттерный лереход транзистора протекает ток от токозадающего элемента . и . , транзистор входит насыщение соединяет выходную шину .с шиной 8. Напряжение «а выходной щине i при этом составляет около 0,3 В (шина 8 находится псд нулевым потенциалом). При поступлении импульса на тактовую шину 19 включается транзистор 14 управляющего устройства 13, и на щине 12 устанавливае гся потенциал около О,3 В. В резульатте этого анодный ток вклго-: ченного тиристора перераспределяется в его второй катод, поскольку падение напряжения в цепи: управляющий электродпервый катод тиристора 9: - цепь диодного смещения элемента; фиксашш тока (эмиттерный переход транзистора - коллектор - эмиттер насыщенного транзистора 14(О,7В 4 0,7В 4 0,3 ,7 В) оказывается меньшим падения напряжения в цепд; эмиттерный переход транзистора - диод 5. эмиттерный переход транзистора (О,7 В4),7 ВЧ-О,7В 2,1 В). Прохождение тока через цепь смещения элемента 11. фиксации тока приводит к тому, что часть тока токозадающего элемен;Та 2:il начинает ответвляться в коллектор транзистора , являющегося входом элемента фиксации тока. Это в свою очередь приводит к уменьшению тока через управляющий электрод тиристора :. : , цепь смещения элемента фиксации тока и, соответственно, к уменьгшению тока токозадающего элемента2 1, ответвляющегося в коллектор транзистора . В результате указанных конкурирующих процессов ответвляющийся в коллектор транзистора ток устанавливается на уровне, несколько превышающем анодный ток тиристора 1. (соот- . ношение токов задается отнощением площадей эмиттеров транзисторов и , как указывалось ранее, пло-. щадь эмиттера транзистора 22-1 выби7рается несколько большей площади эмнт. тера транзистора . П-раметры токозадающего элемента выбираются таким образом, чтобы задаваемый им ток более чем в 2 раза йревосходил ток включения тиристора 9;г1, что обеспечивает включение тиристора 9-1 под воздействием проходящего через его управляющий электрод тока. После включения тиристора 9; через цепь смещения элемента фиксации тока начинает проходить ток токозадающего элемента lOisl. Учитывая, что параметры токозадающих элементов , 10-1 одинаковые, а величина фиксирующего тока в элементе фиксации тока несколько больше тока в его цепи смещения, весь ток токозадающего элемент 2-1- ответвляется в коллектор транзистора . Ток через тиристор « уменьшается до нуля и он выключается, ток через эмиттерный переход транзистора 6-1. прекращается и на выходной шине устанавливается высокий потешшал. По оконча.нии импульса на тактовой шине 19 транзистор 14управляющего устройства 13 выключается, и потенциал на шине 12 повьш1ается . В результате этого анодный ток тиристора . перераспределяется в его второй катод, связанный с управляющим электродом тиристора , Далее, в соответствии с описанным выше механизмом происходит включение тиристора 1 и выключение тиристора 9-1. После вкл чения- тиристора 9-1 через эмиттерный переход транзистора проходит ток 6ттокозадающих элементов , 2:г2, транзистор входит в насыщение, и на выходной шине устанавливается низкий потенциал. Таким образом, поступление одного тактового импульса на шину 19 обесп чивает сдвиг включенного состояния в устройстве на один разряд. Аналогичным образом, при поступлении на информацио ный вход 33 г - разрядного кода, а на вход 19 -VI тактовых импульсов, в мно горазрядном коммутирующем устройстве может быть включена произвольная комб нация разрядов. Модифицированный вариант многоразрядного коммутирующего устройства (см. фиг. 2) отличается от описанного выше основного элемента фиксации тока 34г:1 34-h, цепью смещения которых служат эмиттерные переходы транзисторо 6э.1 - 6sW В . таком варианте многораз рядное (Коммутирующее устройство може 98 лужить для обеспечения заданного тока ь коммутируемых шинах. При выборе соотношения площадей эмиттеров транзисторов 6s-l - 6-г, Щ)опориионального соответствующей степени двойки, и наличии дополнительного суммирующено устройства на выходе, модифицированный вариант предлагаемого многоразрядного коммутирующего устройства может выполнять функции цифроаналогового преобразователя. Очевидно также, что при введении в каждый разряд устройства дополнительного тиристора и дополнительного элемента фиксации тока многоразрядное коммутирующее устройство может быть сделано реверсивным. Формула изобретения 1.Многоразрядное коммутирующее устройство, содержащее в каждом разряде первый тиристор, включенный последовательно с первым токозадающим: элементом и диодом между шиной питания и первой шиной, и второй тиристор, включенный последовательно с вторым токозадающим элементом между шиной питания и второй шиной, отличающ е е с я тем, что, с целью уменьшения остаточного напряжения йа выходах, в каждый разряд дополнительно введены два элемента фиксации тока с диодной цепью смещения и транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной, кол-. лектор соединен с выходной шиной, база, через цепь смещения первого элемента фиксации тока соединения с первым катодом первого тиристора, вход первого элемента фиксации тока соединен с анодом второго тиристора предьщущего по направлению переключения разряда, анод первого тиристора через первый токозадающий элемент соединен с шиной питания,второй катод соединен с управляющим электродом второго тиристора, анод которого через второй токозадающий элемент соединен с шиной питания, первый катод соединен с второй шиной через цепь смещения второго элемента фиксации тока, вход которого соединен с ано .дом первого тиристора, второй катод второго тиристора соединён с управляющим электродом первого тиристора следующего по направлению переключения разряда, а первая шина является общей. 2.Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что дополнительно введено первое управляющее устройство, содержащее первый транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной, кол- лектор соединен с второй шиной и через первый резистор соединен с шиной питаНия, база соединена с коллектором второго транз истора, база которого через второй резистор соединена с шиной питания, а эмиттер соединен с входной шиной.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дополнительно ; введено Второе управляющее устройство, содержащее первый транзистор, эмиттер которого соединен с шиной питания, коплектор через первый резистор соединен с управляющим электродом первого тиристора первого разряда, база через второй peзиcтqp соединена с коллектсфом транзистора, эмиттер которого соединен с первой шиной, база через третий резистор соединена с первой шиной и через диод соединена с коллектором . третьего транзистора, база которого чере четвертый резистор еоеди)на с шиной питания, а эмиттер - с информадиошой шиной.

4.Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в каждый разряд дополнительно введен третий элемент фиксации тока с диодным смещением, цепью смещения которого является эмиттерный 1переход. транзистора, база и коллектор которого дополнительно соединены между собой.

5.Устройство по пп. 1 и 3. о т л ичающееся тем, что элемент фиксации тока с диодным смещением содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры и базы которых соединены, база первого транзистора соединена с его коллектором.

6.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что токозадающий элемент выполнен в виде генератора тока

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Горохов В. А. и-Щедрин М. Б. Тиристоры в импульсных схемах М., Сов, радио, 1972, с. 268, рис. 9.5.

2.Авторское свидетельство СССР №373877, кл. Н 03 К 17-/56, 197О (прототип).