Многоустойчивый компаратор тока

 

МНОГОУСТОЙЧИВЫЙ КОМПАРАТОР ТОКА, содержащий N транзисторных генераторов тока, N сравнивающих транзисторов , коллекторы которых подключены к щине нулевого потенциала через туннельные диоды, N выходных транзисторных ключей, входы которых подключены параллельно соответствующим туннельным диодам, а выводы эмиттерных резисторов транзисторных генераторов тока подключены к шине источника питания, резистор и источник измеряемого тока, отличающий-, с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения, в него введены встречно-параллельно включенные диоды, два стабилитрона, при этом эмиттеры сравнивающих рп -р-транзисторов объединены и подключены к щине нулевого потенциала через общий генератор тока, их базы подключены к соответствующим коллекторам п-р-птранзисторов транзисторных генераторов тока, а соседние коллекторы транзисторов транзисторных генераторов тока соединены между собой через встречно-параллельно включенные диоды , причем коллектор транзистора первого транзисторного генератора тока соединен с выходом источника измеряе§ мого тока, коллектор последнего транзисторного генератора тока подклю (Л чен через встречно-параллельно вклюс ченные диоды к первому выводу резистора , второй вывод которого непосредственно подключен к базам транзисторов транзисторных генераторов тока и через первый стабилитрон к шине источника питания, а первый вывод ю ;о резистора подключен через второй стабилитрон к пмнё нулевого потенциаУ1 ла. х 9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(511 05 Б 1 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3543065/24 — 21 (22) 18. 01. 83 (46) 15.12.84 Бюл . ¹ 46 (72) H.И.Ковальков (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 621.374.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 660226, кл. H 03 К 5/20, 04.04.74.

2. Авторское свидетельство СССР № 575769, кл. H 03 К 5/20, 11.02,74 (прототип). (54)(57) МНОГОУСТОЙЧИВЫЙ КОМПАРАТОР

ТОКА, содержащий N транзисторных генераторов тока, N сравнивающих транзисторов, коллекторы которых подключены к шине нулевого потенциала через туннельные диоды, М выходных транзисторных ключей, входы которых подключены параллельно соответствующим туннельным диодам, а выводы эмиттерных резисторов транзисторных генераторов тока подключены к шине источника питания, резистор и источник измеряемого тока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быст. родействия и упрощения, в него введены встречно-параллельно включенные диоды, два стабилитрона, при этом эмиттеры сравнивающих p — и -р-транзисторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала через общий генератор тока, их базы подключены к соответствующим коллекторам n — Р- Птранзисторов транзисторных генераторов тока, а соседние коллекторы транзисторов транзисторных генераторов тока соединены между собой через встречно-параллельно включенные диоды, причем коллектор транзистора первого транзисторного генератора тока соединен с выхоцом источника измеряемого тока, коллектор последнего транO зисторного генератора тока подключен через встречно-параллельно включенные диоды к первому выводу резистора, второй вывод которого непосредственно подключен к базам транзисто- я ров транзисторных генераторов тока и через первый стабилитрон к шине источника питания, а первый вывод резистора подключен через второй стабилитрон к шине нулевого потенциала.

1129583

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в параллельных и в параллельно-последовательных аналого-цифровых преобразователях, а также для построения 5 амплитудных анализаторов в радиоизмерительных приборах и в системах автоматического контроля.

Известны многаустойчивые компараторы, выходная информация которых 10 представлена в виде позиционного единичного кода и содержащие и дифференциальных каскадов, одни входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а другие с источниками 15 входного сигнала, при этом в каждый каскад введены генераторы тока, включенные в эмиттерные цепи, выходные транзисторные ключи, дополнительные транзисторы, резисторы, источник сме- 20 щающего напряжения, причем коллекторы сравнивающих транзисторов попарно объединены и через резисторы подключены к шине источника питания, коллекторы выходных транзисторных ключей, базы которых соединены с резис— торами, а эмиттеры объединены и подключены к источнику смещающего напряжения и через резисторы соединены с базами дополнительных транзисторов,З0 коллекторы которых через резисторы соединены с базами выходных транзисторных ключей, а эмиттеры — с токозадающими резисторами генераторов

:тока соседних дифференциальных каскадов с меньшим опорным напряжением )1).

Недостатками таких устройств являются сложность технической реализации и низкая чувствительность, при водящая к появлению неоднозначности в вьгкодном эквиваленте.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является многоустойчивый компаратор тока, содержащий N транзисторных генера- 45 горов тока, N сравнивающих транзисторов, коллекторы которых подключены к шине нулевого потенциала через туннельные диоды, N выходных транзисторных ключей, входы которых подклю- 50 чены параллельно соответствующим туннельным диодам, а выводы эмиттерных резисторов транзисторных генераторов тока подключены к шине источника питания, резистор и источник измеряемо-55 го тока, при этом базы сравнивающих транзисторов соединены соответственно с источниками измеряемого тока и опорного напряжений, а, коллекторы— с туннельными диодами, причем коллекторы выходных транзисторных ключей через последовательно соединенные диод и резистор каждого сравнивающего транзистора соединены с токозадающими резисторами генераторов тока, а через конденсаторы — с коллекторами сравнивающих транзисторов соседних младших сравнивающих транзисторов и.катодами туннельных диодов, аноды которых соединены с шиной источника питания, причем коллектор N

1сравнивающего транзистора соединен через резистор с шиной источника пи— тания (2j .

Недостатками таких устройств явля. ются сложность технической реализации и низкое быстродействие, вызванное необходимостью наличия периодически следующих импульсов сброса и конденсаторов, затягивающих переходные процессы.

Цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение.

Поставленная цель достигается тем что в многоустойчивый компаратор тока, содержащий N транзисторных генераторов тока, N сравнивающих транзис— торов, коллекторы которых подключены к шине нулевого потенциала через туннельные диоды, N выходных транзистор.-. ных ключей, входы которых подключены параллельно соответствующим туннельным диодам, а выводы эмиттернык резисторов транзисторных генераторов тока подКлючены к шине источника питания, резистор и источник измеряемого тока, введены встречно-параллельно соединенные диоды, два стабилитро- на,при этом эмиттеры сравнивающих р-q-p-транзисторов объединены и подключены к шине нулевого потенциала через общий генератор тока, их базы подключены к соответствующим коллекторам tl -р-h-транзисторов транзисторных генераторов тока, а соседние коллекторы транзисторов транзисторных генераторов тока соединены между собой через встречно-параллельно включенные диоды, причем коллектор транзистора первого транзисторного генератора тока соединен с выходом источника измеряемого тока, коллектор последнего транзисторного .генератора тока подключен через встречно-параллельно включенные диоды к первому выводу резистора, второй вывод кото3 11295 рого непосредственно подключен к базам транзисторов транзисторных генераторов тока и через первый стабилитрон к шине источника питания, а пер. вый вывод. резистора подключен через второй стабилитрон к шине нулевого потенциала.

На фиг. 1 представлена принципи— альная схема многоустойчивого компаратора тока; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Многоустойчивый компаратор тока, содержит транзисторные генераторы тока 1 — 1-1- й, выполненные на транзисторах 2 и токозадающих резисторах 3, при этом базы транзисторов подключены к источнику напряжения смещения, выполненного на стабилитроне 4 и резисторе 5, а каждый коллек;тор транзистора транзисторного генератора тока 1 — И подключен к коллектору транзистора последующего транзисторного генератора тока через встречно-параллельно включенные диоды 6-1-6-(П-1) и 7 — 1-7-(h-1), при этом коллектор транзистора 3 первого транзисторного генератора тока подключен к шине нулевого потенциала через источник измеряемого тока 8, а коллектор транзистора последнего транзисторного генератора тока 1 — n подключен к шине нулевого потенциала через последовательно соединенные встречно-параллельно включенные диоды

6-tl и 7- 1 и стабилитрон 9, причем коллекторы транзисторов 3 транзистор-З5 ных генераторов тока подключены соответственно к базам сравнивающих транзисторов 10-1 †10-п, эмиттеры которых через генератор 11 тока подклю40 чены к шине нулевого потенциала., а коллекторы — соответственно к туннельному диоду 12 и базе транзистора 1.3, . коллектором подсоединенному к второму источнику E напряжения через ре2 45 зистор 14, при этом туннельный диод

12, транзистор 13 и резистор 14 с их связями между собой образуют выходные транзисторные ключи 15-1

15-0, а резисторы 3 и стабилитрон 4 своими выводами подключены к первому

50 источнику Е напряжения.

Устройство работает следующим образом.

С помощью генераторов тока 1-1 — M п задаютс" опорно е TQKH I p(Ipgp величины которых устанавливают пороговые уровни тока переключения компа

83 4 ратора и определяются сопротивлениями резисторов 3 и напряжением стаби лизации стабилитрона 4. Эти токи про. текают через диоды 7-1 — 7- п и ст билитрон 9. Поэтому потенциал точек соединения коллекторов транзисторовгенераторов тока 1-n — 1-1 и диодов

7-n — 7-1 постепенно понижается.

При отсутствии измеряемого тока (i =О) он будет самым низким на кол ( лекторе первого транзистора-генератора тока дп . Сравнивающие транзисторы 10-1

10-п, на базы которых подаются коллекторные напряжения транзисторовгенераторов тока 1 — 1 — 1-11,образуют многовходовой переключатель тока.

Величина переключаемого тока задается генератором 11 тока и превышает пиковое значение тока туннельных диодов 12 выходных транзисторных ключей 15-1 — 15-tl. Поскольку при i 0 наиболее низким оказывается потенциал базы транзисторов 1 0-1, то весь ток генератора 11 протекает через туннельный диод 12 первого выходного ключа 15-1. Этот туннельный диод на" ходится в высоковольтном состоянии и отпирает транзистор 3 ключа 15-1.

Все остальные ключи 15-2 — 15- h за перты, так как их туннельные диоды находятся в низковольтном состоянии (фиг. 2).

При нарастании тока i< (фиг. 20) состояние выходного кода компаратора

011... 1 не изменится до тех пор,.пока измеряемый ток источника 8 меньше чем I „ . При 0< „аТ„„„хотя часть коллекторного тока транзистора 2 генератора тока 1-1 и начнет ответвляться на источник измеряемого тока 8, однако "излишек" тока I „-i> продолжает . протекать через диоды 7-1 — 7-п, поддерживая потенциал базы транзистора

10- 1 самым низким. *

Когда ток i» превысит величину тока Ip, то разностный ток Х „ -i меняет знак и начинает протекать через диод 6-1, вычитаясь из тока Зря генератора тока 1-2. Потенциал базы транзистора 10-1 начинает превышать на величину прямого радения напряжения Пд ., 0,7В, диода 6-1 потенциал базы транзистора 10-2, который теперь оказывается самым низким. Это вызывает переключение тока генератора 11, который, протекая через транзистор

10-2, переводит туннельный диод 1,2-2 в высоковольтное состояние и откры1129583

8biX.1

Позиционный единичный л од

8bl4 . П вает ключ 15-2. Ключ 15-1 при этом запирается (фиг. 2а,б,в), поскольку его туннельный диод переходит в низковольтное состояние, и выходной код компаратора тока принимает новое значение 101... 1.

Второе устойчивое состояние компаратора, соответствующее коду 101... 1, сохраняется до тех пор, пока 1 „ i„c оп

cI „ . Если измеряемый ток попадает

3oHy ZOn, c i с оо „то компаратор к снова изменит свое состояние (фиг. 2а, г) и на его выходах устанавливается новое значение кода 1101.. ° 1. Таким образом, попадание входного сигна- 15 ла в определенные зоны, устанавли. ваемые с помощью токов Х оп, -Топ и ге нераторов тока 1- 1 — 1-п, вызывает переключение компаратора в соответствующее устойчивое состояние и изме- 20 нение его выходного кода.

Для переключения многовходового переключатеЛя тока на сравнивающих транзисторах 10-1 — 10-и достаточно изменения напряжения на базе одного 25 из них на 0,2-0,3 В. Изменение же потенциала на базах этих транзисторов, вызванное изменением входного тока компаратора, происходит на величину, равную удвоенному значению прямого падения на диодах 20„>О,ЗВ.

Все это, а также высокая стабильность пиковых значений токов туннельных диодов, обеспечивают четкое пере,ключение многоустойчивого компаратора тока из одного устойчивого состояния в другое и устраняют неоднозначность выходного кода.

Транзисторы-генераторы тока, всегда находятся в активном режиме, исключается также необходимость в импульсах сброса и в конденсаторах, предназначенных для возвращения туннельных диодов в исходное низковольтное состояние. Это позволяет намного повысить быстродействие устройства, снизить динамические погрешности, вызываемые резкими изменениями входного сигнала, а также значительно упростить построение многоустойчивого компаратора. Поэтому предлагаемое устройство особенно перспективно для применения в быстродействующих асинхронных параллельно-последовательных аналого-цифровых преобразователях следящего типа.

1129583 акоп 3

Ion 2

1ап!

8biX.3 г гихл а

Заказ 9451/37 Тйраз 841

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035-, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4 х а

Zoo n

8мх!

:Bbug

Составитель Н.Маркин

Редактор Ю.Петрушко Техред С.Легеза

Корректор В.гирняк

Подписное