Многопороговое устройство Советский патент 1982 года по МПК H03K5/24 

(54) МНОГОПОРОГОВОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к импульсной технике и может бьягь испопьзсеано в системах автоматики и вычислительной техники. По основному авт. св. Mi 6О92О5, известно многопороговое устройство, содержащее N полевых транзисторов, обрадукацих N каскацов, источник питаяия и пополнительный полевой транзистор, сток которого пооключен к одному полюсу источника питания,затвор через pesMCTop соешнен со стоком и через N резисторов пошслючен к стокам кажаого из N попевы тран;я1сторов, на исток обьепинен с истоkaми кажаого из N полевых транзнсторо и подключен к другому полюсу источ ника питания, причем полюсами источника писания включен делитель напряженвя из N+1 резисторов, а каждый N выводов делителя напряжения поцг ключей к затвору полевого транзистора соответственно соотвётствд-ювдего каскада Cl. Недостатком данного устройства является низкая разрешающая способность по первому порогу. Это объясняется тем, что в нем отсутствует возможность регулирования нижней границы зоны срабать вания по первому порогу. В этом устройстве ширина зоны срабатывания по первому порогу больще ширины зон срабатывания по остальным порогам. Нижняя граница первой зоны срабатывания фиксирована и определяется величиной порогового напряжения дополнительного травзистора. Ток в схеме начинает возрастать сраеог же Как только откроется дополнительный травзистор, т.е. как только напряжение на шине источника питаниящк;тигает величины порогового напряжения дополнительного транзистора. Таким об разом, разрешающая способность устро ства огршичивается шириной аопы срабатывания по первому порогу. Цель иэобретвтя - повышение ра решающей соособвости по первому поро ГУ. .Эго цосгигаегся тем, что в многопороговое устройство введен токоэадающий транзисгор противоположного типа проводимости, сток Которого сое0лнен со стоком дополнительного транзистора, исток - с полюсом, источника питания, а затвор подключен к одному из выводов делителя напряжения. Предлагаемое устройство позволяет повысить разрешающую способность по первому порогу за счет обеспечения возможности регулирования нижней границызоны срабатывания, достигаемой благодаря включению токозадакяцего транзистора При подаче на вход многопорогового устройства нарастающего напряжения дополнительный транзистор откроется как только величина входного напряжения станет равна его пороговому напряжению, однако ток через схему не увеличивается так как токозадающий трайзистор закрыт. Рост тока через схему начнется только тогда, когда начнет открываться тоКозадающий транзистор, а этот момент можно установить, присоединив затвор токозадающего транзистора к соответствующему вывосу делителя напряжения. Таким образом, нижняя граница зшы срабатывания по первому порогу становится регулируемой и ее ширина значительно уменьшается по сравнению с щириной зоны известного устройства. Это приведет к тому что разрешающая способность по первому впорогу предлагаемого устройства станет выше, чем у известного. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого многопорогового устройства; на (|иг. 2- - вольтг-амперная характеристи ка предлагаемого устройства (пунктиром показана восходяиия ветвь зоны срабатывания по первому порогу известного устройства). Предлагаемое многопороговое устройI ство содержит N полевых транзисторов 1 одного типа проводимости, обрааукацих N каскадов, а также дополнительный полевой транзистор 2 того же типа проводимости, затвор которого через резистор 3 соединен с одним полюсом 4 исто кика питания и через N резисторов 5 подключен к стокам каждого из N полевых транзисторов 1, а исток соединен с истоком, каждого из N полевых транзисто ров I и подсоединен к другому полюсу 6 источника питания. Между полюсами 4 и 6 источника питания включен делитель напряжения 7 из N +1 резисторов 8, а каждый из N вывбдов о лителя напряжения 7 подключен к затвору полевого транзистора 1 соответствующего каскада. Сток токозадающего полэвого транзистора другого типа проводимости 9 соединен со стоком дополнительного транзистора 2, исток - с полюсом 4 источника питания, а затвор подключен к одному из Выводов делителя напряжения 7. Предлагаемое многопороговое устройство работает следующим образом. Когда входное напряжение на полюсе 4 источника питания достигнет величины порогового напряжения дополнительного транзистора 2, он начинает открываться, о нако входной ток через схему увеличивается незначительно, поскольку токозадающий транзистор 9 закрыт и протекающим через него током можно пренебречь. Рост тока в устройство опредаляется величиной резисторов 8 целителя напряжения 7 и суммарной величиной нагрузочных резисторов 3 и 5 каскадов на МОП транзисторах 1. Величину этих резисторов можно выбрать достаточно большой для того, чтобы пренебречь токами, протекающими через делитель напряжения 7 и через резистор 3. Как только входное напряжение на полюсе 4 источника питания достигнет величины, достаточной для открывания токозадающего транзистора 9, ток в схеме начнет резко возрастать до тех пор, пока не откроется один из транзисторов I, формирующий первый порог. При этом напряжение на затворе дополнительного транзистора 2 начнет падать и дополнительный транзистор 2 закрывается, а ток в схеме станет резко уменьшаться. Таким образом, на характеристике формируется первая зона срабатывания (фиг. 2). При дальнейшем увеличении входного напряжения на полюсе 4 источника питанця- дополнительный транзистор 2 снова начнет открываться, ток в схеме будет возрастать, поскольку .токозадающий транзистор 9 открыт, формируя вторую восходящую ветвь характеристики многопорогового устройства (фиг. 2). При достижении входным напряжением величины второго порога открывается следующий транзистор I, что приводит к закрыва дополнительного транзистора 2 и спасо тока. Таким образом на вольт-амперной ха- рактеристике устройства формируется вто- зона срабатывания. Дальнейшее увеличение входного напряжения приводит к аналогичным про,594 цессам, в резульгаге которых формируются зоны срабатывания. Сравнительные испытания предлагаемого и известного многопорогового устройства показали, что разрешающая спосойюсть по первому порогу предлагаемого устройства в 2-5 раз вьпие, чем у .известного. Если пользоваться моделью МОП транзистора, прештоженной в работе Р.Кр уфорд Схемные применения МОП транзисторов (М., Мир, 197О, с. 72), то восходящая ветвь первой зс«ы срабатывания на вольтамперной характеристике известного многопорогового устройства без учета тока, протекающего через резисторы, определяется выражением: ,. -( (I) где D - ток, протекающий через схему, (5 - усельная крутизна дополнительного МОП транзистора; (J - напряжение на затворе допол нительного МОП транзистора; (J напряжение на затворе дополт1тельного МОП транзистора; .,. Пусть порог срабатывания устройства равен 1 -р . Тогда нижняя граница первой зоны срабатывания (фиг. 2) определяется выражением: ПОР П -iВосходящая ветвь первой зоны срабатывания предлагаемого устройства (также бее учета тока, протекающего через резисторы) определяется током, протекающим через токозадающий МОП транзистор дополняющего типа проводимости (в данном случае Р-типа), и определяетс выражением: порГ ) ( где Йо Oi соответственно удетшная rt Si ПОР крутизна; напряжение на затворе и пороговое напряжение токозадающего МОП транзистора;X - коэффициент переда- чи входного напр5тжения на затвор токоза дающего транзистора, причем О х .$ I. Подставляя в выражение (3) значение пор получим значение нижней границы 46 зоны срабатывания по первому порогу предлагаемого устройства 0 рхняя граница первой зоны срабатывания как у известного, так и у предлагаемого устройства, зависит только от выбранного режима каскадов на МОП транзисторах и не изменяется при подключении токозадающего транзистора. Поэтому ширина зоны срабатывания по первому порогу у обоих рассмотренных устройств двт определяться значением U чем больше значение нижней границь тем уже зона и соответственно &эльше расшир5лошая способность. Сравнивая выражения (2) и (4), и полагая, что t1Р P ti Ppi noP noP получим uUНГ at (5) т.е. значение нижней границы первой зоны срабатывания предлагаемого устройства больше, чем у известного в -j- раз. Следшательно разрешающая способность по первому порогу у предлагаемого устройства выше, чем у известного. Это позволяет формировать с помощью предлагаемого устройства более точные и равномерные измерительные шкалы при одновременном снижении трудозатрат на регулировку устройства на 5О-7О%. Для обеспечения равномерности зон срабатьь ™ известного устройства необходима регулировка 2N резисторов (делителя и нагрузочных), а цля обеспечения равномерности зон срабатывания предлагаемого устройства достаточно регулировать N Делителя, поскольку наличие токозадающего транзистора позволяет выбрать режим работы каскадов малочувствительный к разбросу значений параметров транзисторов и- резисторов. Формула изобретения Многопорогсвое устройство по авт. св. W 6О92О5, отличающееся тем, что, с целью повышения раарешакоцей способности по первому порогу , в него введен токозадающий тра зистор противоположного типа проводи79459748

мости, сток которого соединен со стокомИсточники информации,

допошитепьного транзистора, исток - спринятые во внимание при экспертизе

полюсом источника питания, а затвор порн1 Авторское свидетельство СССР

ключен к одаому из выходов делителя на- Ni 6092О5, кл. Н 03 К 5/2О, гчзяжения.5 О2.О9.76.

LC

6

01

il/

Э

в

l/

фиг.1