Кольцевой счетчик

 

Союз Советских

Соцмалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Зависимое от авт. свндстельства— (22) 3 а л влек о 16.02.72 (21) 1748376/26-9

«»427478 (51) Ч. Кл. H 03k 23/00 с присоединением заявки ¹â€”

Государственно!й комитет

Совета 1еккистроо СССР во делом изобретеккй и аткро!тий (32) Приоритет—

Опубликовано 05.05,74. Б!оллстень М 17

Дата опубликования описа!гия 26.12.74

i 53) УДК 621.374.32 (088.8) (72) Лвторы изобретения

И. Ф. Клисторин, В, В. Курочкин è A. Ì. Щербаченко

Институт автоматики и электрометрии

Сибирского отделения AH СССР (71) Заявитель (54) КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТЧИК

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике. Счетчик может быть использован в различных автоматических, логических и ннфорк!ационных устройствах.

Известны кольцевые счетчики на токовых переключателях с эмпттернымп связями, состоящие из нечетного числа ячеек, у. которых базы первых транзисторных ключей всех ячеек соединены вместе и образуют счетный вход схемы.

Рабочая частота известных счетчиков при одних н тех же параметрах транзисторов ключей тем выше, чем больше в допустимых пределах переключаемый ток. Ток через элемент перекрест«он связи должен превышать более чем вдвое токи транзисторных ключей.

Зто приводит к тому, что при одинаковых величинах предельных токов транзисторных ключей и элементов перекрестных связей или при одинаковых их предельных мощностях, что особенно характерно для транзисторных микроэлектронных компонентов электронных схем, через транзисторы токовых ключей может протекать ток в два раза меньше возможкого. Поэтому схема не позволяет повысить быстродействие счетчика за счет увеличения перекл!очаемого тока.

Поскольку напряжение стабилизации на элементах перекрестных связей составляет величину порядка 5 — 8 в, а напряжение источника питанил схемы должно более чем вдвое превышать напряжение стабилизации элеменгов перекрестных свлзей, на коллекторном сопротивлении транзисторного ключа рассеивается значительная мощность.

Как следствие того, что через элемент перекрестной связи каждой ячейки необходимо пропускать ток, превышающий более чем

1О вдвое тски транзисторных ключей, известная схема счетчика обладает высоким уровнем напряжения логического нуля, что в ряде случаев затрудняет дешифрацию кода числа, записанного в счетчике.

Цель изобретения — уменьшение потребляемой мощности, повышение быстродействия схемы и снижение уровня напряжения логического нуля — достигается тем, что коллектор первого транзистора ключа i-той ячейки предлагаемого счетчика соединен с базой второго транзисторного ключа данной ячейки через транзистор, включенный по схеме с об. щнм коллектором, причем выходами счетчика

25 являютсл нагрузочные сопротивления ключей.

i/a фиг. 1 приведена принципиальная схема с етчика с коэффициентом пересчета, равным 3; на фиг. 2 представлены временные диаграммы переходов схемы.

Счетчик содержит первый и второй токо427478 вые ключи 1 и 2,, 1 и 2,; 1, и 2> первой, второй н третьей ячеек соответственно; эмиттерные повторители 8r, 8!, 8, эмиттерлые резисторы транзисторных ключей 4ь 4, 4.-, резисторы нагрузки токовых ключей бь б, 5, эмиттерные резисторы эмиттерного повторителя бь б, бз

В исходном состоянии на первом выходе схемы счетчика (фиг. 1) устанавливается нулевое напряжение, на втором (— 0,4) в, ыа третьем (— 0,8) в. Для этого транзисторы 2ь

2, 1З токовых ключей должны быть открыты, транзисторы 1ь 1!, 2З вЂ” закрыты. Так как на переходах база — эмиттер кремниевых транзисторов напряжение падает (Uo — — 0,7 в), то на выходах эмиттерных повторителей устанавливают напряжения: 8 — (0,7) в; 8z — (— 1,1) в;

3 — (— 1,5) в. Чтобы сохранилось исходное состояние ячеек схемы, на счетном входе схемы должен быть потенциал — 1,5 в ) — U,,o >

) — 1,1 в.

Таким образом, если на счетном входе схемы сохраняется напряжение U,o = - — 1,3, схема в этом состоянии может находиться сколь угодно долго.

С поступлением первого импульса входное напряжение понижается до — 0,9 в. Поэтому напряжение на базе транзистора 1 становится меньше, чем на базе транзистора 2, а отношение между базовыми напряжениями остальных пар токовых ключей сохраняется прежним.

Это приводит к тому, что токовыи ключ 1 открывается, а ключ 2 запирается. На первом выходе схемы устанавливается нулевое напряжение, на втором (— 0,8) в, на третьем (— 0,4) в, а на выходах эмиттерных повторителей 8ь 8! н 8З соответственно — 07,— 1,5 и — 1,1 в. Это состояние схемы сохраняется на всю длительнссть импульса.

Во время второго полупсрнода входной «астоты напряжение на входе схемы вновь становится равным — 1,3 в, а так как напряжение транзистора 2, было — 1,1 в, то ключ 1, открывается, а ключ 2i запирается. Теперь на первом выходе счетчика устанавливается напряжение (— 0,4) в, на втором (— 0,8) в, на третьем— нулевое. Напряжения с эмиттерных повторителей, смещающие выходные напряжения схемы в отрицательную область на 0,7 в, удерживают ячейки схемы в этом состоянии до поступления следующего импульса (фиг. 2) .

Следовательно, при подсчете одного импульса нулевой уровень напряжения в счетчике перемещается с первого выхода на третий, после второго импульса — на второй. После третьего импульса схема возвращается в исходное состояние, когда с первого выхода снимается нулевое напряжение.

В предлагаемой схеме мощность, рассеиваемая элементом перекрестной связи, примерно вдвое меньше мощности, рассеиваемой транзисторными ключами. Это позволяет aà счет перераспределения токов, ранее протекавших через элементы перекрестных связей, увеличить токи, переключаемые транзисторными ключами. Поэтому предлагаемая схема обладает с более высоким быстродействием, чем известные схемы. Оценим, во сколько раз возросла предельная частота счетчика.

Известно, что время задержки распространения сигнала на уровне 50 /О логической еди10 ницы для схем на переключателях тока

15 где 1 „— время задержки, зависящее только от параметров транзисторов;

С, — полная емкость, подключенная к каждому выходу схемы счетчика;

C — входная емкость эмиттерного повторителя;

Š— напряжение источника питания;

V, — размах напряжения логической еди25 ницы на выходе схемы;

P — мощность, рассеиваемая токовыми ключами;

P, — мощность, рассеиваемая эмиттерным повторителем.

Оптимальным между мощностями Р и Р, является соотношение Р =2Р,. Поэтому выражение для 1„можно переписать:

На основании временных диаграмм ца фиг. 2 можно прийти к выводу, что минимальный период входной частоты импульсов Т,,„„

40 который можно подавать на счетчик, равен

2t., . Следовательно, максимальную частоту мин входных импульсов предлагаемого счетчика можно определить по формуле

1 0,5Р,„„„

1""" т„„„—, р Рк„р„- — (О 7 С, - - Cr.)Еу

50 или при 1, P < (0,7С, + Cr)Е, 0,5P „„„ (О, С,: — С)E„

55 где P «r „— предельная мощность, рассеиваемая токовыми ключами.

Из полученного выражения следует, что рабочая частота счетчика вдвое выше частот счетчика, выполненного по схеме, взятой из прототипа.

В предлагаемой схеме требуется лишь один источник питания, причем напряжение в дватри раза меньше напряжения обоих источни65 ков, требующихся для работы известной схе427478 чы. Поэтому прп одинаковых переключаемых токах мощность, потребляемая каждой ячейкой, во столько же раз меньше.

Так как токи в элементах перекрестных связей предлагаемой схемы уменьшились и стали равны токам баз эмиттерных повторителей (lp„), то в этой схеме увеличивается отношение уровней напряжения логической единицы (U)) и логического нуля (Up):

U кп + бэп кл

Up бэп бэп а для случая, когдаl„ --1„„

U,.

- - эп.

О

Одним из преимуществ схемы счетчика является также возможность выполнения ее не только в гибридном, но и в твердотельном исполнении, причем выходные уровни напряжения схемы хорошо согласуются с уровнями напряжений серийно выпускаемых микросхем на переключателях тока.

Предмет изобретения

Кольцевой счетчик на переключателях

5 тока, выполненных на транзисторах с эмиттерными связями, состоящий из нечетного числа ячеек, у которых базы транзисторов первых ключей всех ячеек объединены и образуют счетный вход кольцевого счетчика, 10 а коллектор транзистора первого ключа i-той ячейки соединен с коллектором транзистора второго ключа i — 1-вой ячейки и резистором нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, уменьшения потреб15 ляемой мощности и уровня напряжения логического нуля, каждая ячейка кольцевого счетчика содержит эмиттерный повторитель, при этом коллектор транзистора первого ключа i-той ячейки соединен с базой транзистора

20 второго ключа данной ячейки через транзистор эмиттерного повторителя, база которого связана с коллектором транзистора первого ключа, а эмиттер — с базой транзистора второго ключа.

427478

Р7, «/Я /. и

Фиг. г

Корректор и. Симкина

Рс;;::;тор Б. Федотов

Заказ 1595/480 Изд. ¹ 804 Тираж 811 Поднисное

1!1-1ИИПИ Государствснного комитета Совета Министров СССР ио делам изобнетений н открытий

Москва. Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

1 ни. Харьк. фил. нред. «Патент»

О

04/

Составитель Д. Голубович

Техред Г. Васильева