Электронный коммутатор

 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в качестве коммутатора аналоговых сигналов в системах измерения и контроля. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается путем введения в устройство четвертого КМДП-ключа 33, четвертого 39 и пятого 40 разделительных и второго 41 накопительного конденсаторов и двух дополнительных шин смещения-привязки 31 и развязки 32. Устройство содержит, кроме того, входные шины 2,3, выходную шину 4, управляющие шины 5-7, шины питания 8-10, КМДП-ключи 11-13, четыре диода 19-22, резисторы 23,25,28,29,34-38, разделительные конденсаторы 24,27,30,39,40, накопительные конденсаторы 26 и 41. Благодаря тому, что третий 30 и четвертый 39 разделительные конденсаторы заряжаются через соответственно третий 28 и пятый 34 резисторы с большой постоянной времени, величина помехи на выходе от источника напряжения смещения и самого коммутируемого сигнала значительно снижается, а помеха, содержащаяся в напряжении источника смещения, дополнительно компенсируется за счет идентичности цепей заряда накопительных конденсаторов. Включенные между дополнительными шинами привязки 31 и развязки 32 девятый резистор 38 и пятый разделительный конденсатор 40 образуют при этом фильтр нижних частот, обеспечивающий снижение уровня помех в общей точке накопительных конденсаторов. 1 ил.

cao3 Т Х

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„80„„150653 (51)4 Н 03 К 17 687

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГНИТ СССР (21) 4373787/24-21 (22) 03 ° 02.88 (46) 07,09.89. Бюл. У 33 (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте им. М.И.Калинина (72) Ю.Н.Родионов и В.Д.Яковлев (53) 621 382 (088.8) (Se) Авторское свидетельство СССР

Ф 1200408, кл. Н 03 К 17/687, 05.06.84.

Авторское свидетельство СССР

9 1035800 кл. Н 03 К 17/687, 20. 10 ° 81.

2 (54) ЭЛЕКТРОИНЫИ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к области импульсной техники и мохет быть использовано в качестве коммутатора аналоговых сигналов в системах измерения и контроля. Целью иэобретения является повышение точности. Цель достигается путем введения в устройство четвертого КИДП-ключа 33 четвертого 39 и пятого 40 разделительных и второго 41 накопительного конденсаторов и двух дополнительных шин смещения — привязки 31 и развязки 32. Устройство содермит, кроме того, входные шины 2, 3 выходную шину 4, управляющие шины 5-7, шины питания 8-10, КИДП-ключи 11-13, четы1506539

3 ре диода 19-22, резисторы 23, 25, 28, 29, 34-38, разделительные конденсаторы 24, 27, 30, 39, 40, накопительные конденсаторы 26 и 4 1. Бла- г одаря тому, что третий 30 и четвер5 тый 39 разделительные конденсаторы заряжаются через соответственно третий 28 и пятьп» 34 резисто1::i с большой постоянной времени, нел »ч»»на помехи на выходе от источника напряжения смещения и самого коммутируемого сигнала значительно снижается, а и омеха, содержащаяся н напряжении источника смещения, дополнительно компенсируется эа счет идентичности цепей заряда накопительных конденсаторов. Включенные между дополнительными шинами привязки 31 и развязки

32 девятый резистор 38 и пятый разделительный конденсатор 40 образуют при этом фильтр нижних частот, обеспечивающий снижение уровня помех н обшей точке накопительных конденсаторов ° 1 ил.

Изобретение относится к импульс— ной технике и может быть использовано в качестве аналогового коммутато- 20 ра в системах измерения и контроля.

Цель изобретения — повышение точности коммутации.

Поставленная цель достигается путем введения в устройство дополнительно четвертого КМДП-ключа, двух разделительных, одного накопительного конденсаторов и двух дополнительных шин смещения. При этом величина помех значительно уменьшается благо- 30 даря тому, что третий и четвертый разделительнь»е конденсаторы заряжа ются через соответственно третий и пятый резисторы с большой постоянной времени, а помеха, содержащаяся в на- 35 пряжении источника смещения, при идентичности конденсаторов и цепей их заряда полностью компенсируется при встречном включении конденсаторов вторым КМДП-ключом. Включенные . 40 между дополнительными шинами смещения девятый резистор и пятый разделительный конденсатор образуют при этом фильтр нижних частот, благодаря чему напряжение в общей точке нако- 45 пительных конденсаторов также свободно от помех.

На чертеже приведена функциональная схема электронного коммутатора.

ЭлектРонный коммутатоР 1 содержит 50 первую 2 и вторую 3 входные, выходную 4, первую 5, вторую 6, третью 7 управляющие, нулевую 8 шины, дне шины 9 и 10 питания, первый 11, второй

12, третий 13 КМДП-ключи, каждый из которых снабжен входным 14, выходным

15, управляющим 16 выводами, первым

17, вторым 18 выводами питания, четыре диода 19-22, включенные попарно (19 и 20, 2 1 и 22) последовательно согласно между выводами питания первого 11 и второго 12 К1Я11-ключей

11ричем общая точка первой пары (19 и 20) диодов объединена с управляющим выводом 16 первого КМДП-.ключа

11 и первым выводом первого резистора 23 и через первый разделительный конденсатор 24 подключена к первой управляющей шине 5. Общая точка второй пары (21 и 22) диодов объединена с управляющим нынодом 16 второго КМДП-ключа 12, через второй реэистоо 25 подключена к первым нынодам 17 питания КМДП-ключей и к первому выводу первого накопительного конденсатора 26, а через второй разделительный конденсатор 27 — к второй управляющей шине 6. Первая входная шина 2 через третий резистор 28 соединена с входным выводом 14 первого

КМДП-ключа 11, выходной вывод 15 которого объединен с входным выводом 14 второго КМДП-ключа 12 и через включенные последовательно четвертый резистор 29 и третий разделительный конденсатор 30 соединен с выходной шиной 4 и входным выводом третьего

КМДП-ключа 13, выводы 17 и 18 питания которого подключены к шинам 9 и 10 питания. Нулевая шина 8 подключена к выходному выводу 15 третьего

КМДП-ключа 13, управляющий вывод 16 которого подключен к третьей управляющей шине 7. Устройство содержит также шину 31 привязки и шину 32 развязки,чет.вертый КМДП-ключ 33,пятый 34, шестой

35, седьмой 36, восьмой 37 и девятый

38 резисторы, четвертый 39 и пятый

40 разделительные и второй 4 1 накопительный конденсаторы. Выводы 17, 18 питания и управляющий вывод 16

1 506539 четвертого К1ДП-ключа 33 объединены с соответствующими выводами первого КМДП-ключа, вторая входная шина

3 через пятый резистор 34 соединена с входным выводом 14 четвертого КМДПкпюча 33, выходной вывод 15 которого объединен с выходным выводом 15 второго КИДП-ключа 12 и через включен-, ные последовательно шестой резистор

35 и четвертый разделительный конденсатор 39 соединен с нулевой шиной 8.

HropoA вывод 18 питания четвертого

КМДП-ключа 33 соедин и с вторыми выводами питания первого 11 и второго

12 КАП-ключей и через второй накопительный конденсатор 4 1 подключен к второму выводу первого накбпительного конденсатора 26. Первый 26 и второй 41 накопительные конденсаторы зашунтированы седьмым 36 и Bocb мым 37 резисторами соответственно, их общая точка подключена через девятый резистор 38 к шине 31 привязки и через пятый раэдгзштельный конденсатор 40 — к шине 32 развязки.

Устройство коммутации содержит, кроме того, источник 42 напряжения смещения, включенный между нулевой

8 и DropoA входной 3 хлевами, источник i3 коммутируемого напряжения, включенный между входными шинами 2 и 3, источники 44 и 45 питаш:я, включенные между нулевой шиной 8 и шина- ° ми 9 и 10 питания, обьединенньъя с шинами питания устроиства 46 управления, управляющие выходы 47 и 48 которого подключены к управляющим шинам 5 и 6 через токосграничивающие резисторы 49 и 50, а управляющий выход 51 подключен к управляюшей шине

7 непосредственно. Шины развязки 32 и нулевая 8 соединены токоограничивающим резистором 52. Резистор

53 нагрузки включен между выходной 4 и нулевой H шинами.

Устройство 46 управления содержит включенные последовательно генератор 54 импульсов и инвертор 55.

Каждый КМДП-ключ содержит пару дополняющих ИДП-транзисторов, включенных параллельно„и инвертор. Ключ проводит, когда на управляющий вывод подается сигнал высокого уровня.

Электронный коммутатор 1 работает следующим образом.

Генератор 54 импульсов в устройстве 46 управления вырабатывает короткие повторяющиеся положительные

55 прямоугольные импульсы, которые поступают на управляющий выход 48 и чечереэ инвертор 55 — на управляющие выходы 47 и 51. Указанные импульсы проходят на управляющий вывод 16

КИДП-ключа 13 непосредственно, и на управляющие выводы 16 КМДП-ключей

11, 12, 33 — через соответствующие резисторы 49 и 50 и разделительные конденсаторы 24 и 27. При этом положительные импульсы напряжения (высокий уровень) открывают К1ЩП-ключи, а отрицательные (низкий уровень) закрывают °

В отсутствие управляющих импульсов КЛЯП-ключи 11, 33, 13 открыты, а КЦЦП-ключ 12 закрыт. Конденсатор

30 заряжается до постоянной составляющей напряжения на первой входной шине 2 относительно нулевой шины

8 по цепи, содержащей элементы 2, 28, 11, 29, 30, 13, 8. Конденсатор 39 заряжается до постоянной составляющей напряжения на второй входной шине 3 относительно нулевой шины 8 по цепи содержащей элементы 3, 34, 33, 35, 39 и 8.

Вследствие большой постоянной времени этих цепей, содержащих резисторы 28 и 34 с большим сопротивлением и конденсаторы 30 и 39 значительной емкости, помехи, содержащиеся в нагряжениях H;l входных шинах 2 и 3 pi носительно нулевой шины 8 ослабляются. На выходной шине 4 напряжение относительно нулевой шины 8 фиксируется открытым КЩП-ключом 13 на уровне, близком к нулю.

На время появления управляющих импульсов все КИДП-ключи изменяют свои состояния на противоположные.

Открывающийся КРДП-ключ 12 подключает к резистору 53 нагрузки заряженные (до соответствующих напряжений) конденсаторы 30, 39. В течение времени действия управляющих импульсов напряжение на выходной шине 4 равно разности напряжений на конденсаторах 39 и 30, отрицательно относительно нулевой шины 8 и пропорционально напряжению между входными шинами 3 и 2. Это напряжение медленно спадает по мере разряда конденсаторов 30, 39 через резистор 53 нагрузки.

Таким образом, на резисторе 53 нагрузки формируется импульс напряжения, привязанный к потенциалу ну1506539

10!

25

40

50 левой шины 8, причем амплитуда этого импульса пропорциональна напряжению источника 43 коммутируемого напряжения. Помехи, содержащиеся в напряжениях источников 42 и 43, отфильтрованы, а помехи, содержащиеся в напряжении источника 42 смещения, еще и скомпенсированы за счет встречного включения идентичных конденсаторов 30 и 39.

Для нормальной работы КМДП-ключей

11, 12, 13 33 необходимо, чтобы, во-.первых, между выводами 17, 18 их питания имелось напряжение, обеспе.— чивающее их работоспособность, и во-вторых, потенциалы, приложенные к их входным 14 и выходным 15 выводам, не выходили из интервала между потенциалами выводов 17 и 18 питания.

Эти условия выполняются. КМДП-ключ

13 работает в почти стандартных условиях с тем отличием, что потенциалы его выводов 17 и 18 питания задаются разнополярными (относительно нулевой шины 8) напряжениями источников 44 и 45 соответственно, поэтому он может коммутировать изменяющее полярность относительно нулевой шины 8 напряжение, не превосходящее (по модулю) напряжение источника

44 или, 45 соответственно. Напряжение питания КИДП-ключей 11, 12, 33 формируется из управляю»цих ими импульсов следующим образом. Потенциал общей точки конденсаторов 26, 41, резисторов 36, 37 привязывается к постоянному потенциалу второй входной шины

3 при помощи шины 31 привязки; при этом резистор 38 и конденсатор 40 образуют фильтр низких частот, ослаблякиций в указанной общей точке помехи, содержащиеся в напряжении источника 42. Управляющие импульсы поступают через конденсаторы 24, 27 в общие точки выпрямительных диодов 19, 20 и 2 1, 22, соответственно, а также через конденсатор 40 в общую точку накопительных конценсаторов 26, 41.

Диоды вьптрямляют поступающие импульсы, в результате чего накопительные конденсаторы 26, 4 1 заряжаются до напряжений, разнополярных относительно их среднеи точки, соотношение между напряжениями на конденсаторах зависит от отношения их емкости и отношения сопротивлений шунтирующих их резисторов 36, 37. Напряжение между выводами 17, 18 питания К, ДПключей 11, 12, 33 может достигать амплитуды напряжения управляющих импульсов. Эти ключи могут коммутировать изменяющее полярность (относительно шины 31 привязки) напряжение при условии, что потенци .лb» вхоцного 14 я выходного 15 их выводов не выходят за потенциалы выводов 17 и 18 питания. При этом напряжение источника 42 смещения (определяющее потенциал шины привязки) может во много раз превышать допустимое напряжение питания КМДП-ключей.

Резисторы 29 и 35 задают определенное состояние КИДП-ключей 11, 12, 33 в отсутствие управляющих импульсов при включении источников 44 и 45 ни тания. Резисторы 29, 35 ограничивают токи через р-и-переходы подложка-кана 1 К1»Д»»-транзисторов К1ДП-ключей

11, 12, .33 во время включения источ ников 42 и 43 при вн»ключенных источниках 44 и 45.

Таким образом, из управляющих импульсов формируется напряжение питания ключей 11, 12, 33, причем смещение этого напряжения относительно

1»улевой ши»»ы 8 определяется напрякением, поданн1»м на шину 3 1 привяв»,и

oГнОе и "E "»bH 0 ну:1" вон шины 8 . Г е 311с то1)

38, конденсатор 40 «бесне п»вают филь» рацию напряжения прпвязки, «»о на н». сколько порядков осгабл»»ст »1pu, .ожде-ние помехи, содержащейся в напряжении источи»»ка 2 смещения, 1»а конденсаторы 30 и 39 и далее на выходную шину 4.

Предлагаемое устройство имеет высокую помехоустойчивость по отношению к помехам в напряжениях источников смещения 42 и коммутируемого 43 благоцаря,во-первых, наличии конденсатора 39 и цепи его заряда (элементы 34, ЗЗ, 35), а также особому включению

К»1ДП-ключа 12, обеспечивающего последовательное подключение к нагрузочному резистору 53 конденсаторов 30 и 39, при котором помехи, накопившиеся на них, взаимно компенсируются.

Бо-вторых, благодаря наличию элементов 31, 38, 40, 32 1»риняэки, которые обеспечивают не только привязку напряжений питания (на выходах 17 и 18)

К!ПГ!-ключей 11, 12, 33 к нужнему напряжению относительно нулевой шины

8, но и исключение возможнос г.» проникновения по» ех на в»»ходн"»:» шину с выводов 17 и 18 питания эт»»::, к.»»»н» н через р-n — переходы 1»од»»ож ia-ка»»а . нх

65 19

Ф о р м у д а и з о б р е т е и и я

Сос гавитель В.Лементуев

Редактор С. Патрушева Техред М,Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 5446/55

Тираж 884

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Произнодстзенно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

9 150

КМД11-транэисторон. Это повышает точность устройства.

Электронный коммутатор, содержащий девять резисторов, первый, второй и третий разделительные и первый накопительный конденсаторы, две входных, выходную, три управляющих, нулевую шины, две шины питания, пернь»»», второй и третий КМДП-ключи, каждый из которых снабжен входным, выходным, управляющим выводами и двумя выводами питания, четыре диода, включенные попарно последовательно согласно между выводами питания первого и нторого

КМДП-ключей, причем общая точка первой пары диодов объединена с управляющим выводом первого КМДП-ключа и первым выводом первого резистора и через первый разделительный конденсатор подключена к первой управляющей шине, общая точка второй пары диодов объединена с управляющим выводом второго КМДП-ключа, через второй резистор подключена к первым выводам питания КМДП-ключей и к первому выводу первого накопительного конденсатора, а через второй разделительный конденсатор — к второй управляющей шине, первая входная шина через третий резистор соединена с входным выводом первого КМДП вЂ клю, выходной нывод которого объединен с входным выводом второго КМДП-ключа и через включенные последовательно четвертый резистор и третий разделительный конденсатор соединен с выхсднои шиной и входным выводом третьего

КМДП-ключа, выводы пи тания к оторог о

5 подключены к шинам питания нулевая

Э шина подключена к выходному выводу третьего К!ЩП-ключа, управляющий вывод которого подключен к третьей управляющей шине, о т л и ч а ю

1ð шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены шина привязки и шина развязки, четвертый

КМДП-ключ, четвертый и пятый разделительные и второй накопительный конденсаторы, причем выводы питания и управляющий выводчетнертого КМДП-ключа объединены с соответствующими выводами первого КМДП-ключа, вторая входная шина через пятый резистор соединена с входным выводом четвертого КМДНключа, выходной вывод которого объединен с выходным выводом второго

КМДП-ключа и через включенные последовательно шестой резистор и четвер25 тый разделительный конденсатор соединен с нулевой шиной, второй вывод питания четвертого КМДП-ключа соединен с вторыми выводами питания первого и второго КЩП1-ключей и через второй накопительный конденсатор подключен к второму выводу первого накопительного конденсатора, первый и второй накопительные конденсаторы эашунтированы седьмым и во ьмым ре35 зисторами соответственно, их общая точка подключена через девятый резистор к шине привязки и через пятый разделительный конденсатор — к шине развязки.