Многоразрядное коммутирующее устройство

 

О Il И С А Н И Е (и),799139

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсими

Социалистические республик (6t ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено30.03.79 (2l) 2744220/18-21

{51)М. Кл.

Н 03 К 17/56

Н 03 К 17/16 с присоединением заявки М—

1ееударстееиный квинтет

СССР ае делам изобретений н етирытнй (23) Приоритет

{53) УД К621. . 374(088. 8 ) Опубликовано 23.01.81 ° Бюллетень И 3

Дата опубликования описания 30.01.81 (72) Авторы изобретения

В. А. Горохов, С, М, Берглеэов, В. С. Рыбаков и А. П. Шевьев,Московский ордена Трудового Красного Знамени электротехнический институт связи (54) МНОГОРАЗРЯДНОЕ КОМ

Изобретение относится к автоматике, импульсной и вычислительной технике и; может быть использовано для коммутации пройэвольного сочетания нагрузок по . заданной программе, Известны многоразрядные коммутирующие устройства, содержащие в каждом разряде тиристор, включенный последовательно с резистором между шиной . питания и общей шиной, цепи включения тиристоров и цепи связи между разрядами (1 ).

Наличие конденсаторов сравнительно большой емкости в цепях связи в данных устройствах практически не позволяет реализовать . -.их в интегральном виде, что существенно ограничивает область применения устройств.

Наиболее близким по технической сущности. к предлагаемому является также многоразрядное коммутирующее устройство, содержащее в каждом разряде первый тиристор, включенный;последова,тельно с первым токоэадающим элемен-..

МУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО и Л Т.фФ Р Д! ;pw :, ..:

2 том — резистором и диодом между шиной питания и первой шиной, и второй тиристор, включенный,последовательно с вторым токозадающим элементом и диодом между шиной питания и- второй шиной, точка соединения каждого токозадающего элемента и диода через диод соединена с управляющим электродом следующего тиристора, на первую и вторую шины в противофазе подаются импульсы соответствующей амплитуды и полярности $2).

Недостаток указанного устройства заключается в том, что остаточное напряжение на выходах, связанных с общей шиной, оказывается сравнительно большим, поскольку оно равно падению напряжения на диоде плюс уровень 0 на, соответственно, первой или,второй шине, что составляет около 1 В при выполнении устройства коммутации данных шин на ТТЛ ИС. Этот, недостаток .затрудняет стыковку известного устройства ТТЛ ИС и вызывает другие нежеПервые катоды тиристоров l 1 — l через цепи смещения первых элементов 4 1 — 4И фиксации тока и диоды 5 1—

355=33 соединены с базами транзисторов, б 1 — 6И, коллекторы которых соединены с выходными шинами 7 1 — 7 и. а эмиттеры — с первой шиной 8, которая является общей..Аноды вторых тири40 сторов 9 1 — 9W через токозадающие

: элементы 101 — 10 соединены с шиной 3 питания, первые катоды вторых тиристаров 9 1 — 9 q через цепи смещения вторых элементов ll l - ll»g

45, фиксации тока соединены с второй шиной 12.

Вторые катоды тиристоров 1©l — 1 и 9 1

90 соединены с управляющими электродами тиристоров 9=1 — 9И и 1=1—

- 1 5. Аноды тиристоров 1 э1 — 1иии

5О 9 1 — 19 4 соединены с входами прий ема тока элементов фиксации тока 11

-"1 —.. 11ф и 4 1 — 4П соответственно.

Каждый разряд устройства содержит два элемента фиксации тока, диод и транзис55

Для обеспечения работы устройства уровень О на шине 12 должен быть меньше падения напряжения на одном р-и переходе, а нагрузочная способносчь ге3 799 аательные эффекты, характерные для ком.мутирующих устройств. с высоким остаточным напряжением.

Целью 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 тиристор, включенный последовательно с вторым токозадающим элементом между шиной питания и второй шиной, в каждый разряд дополнительно ° введены два элемента .фиксации тока с диодной цепью смещения и транзистор, эмиттер которого соединен с первой ши-ной, коллектор соединен с выходной шиной, база через цепь смещения первого элемента фиксации .тока соединена с первым катодом первого тиристора, вход

- первого элемента фиксации тока соединен с анодом второго тиристора предыдущего по направлению переключения разряда, анод первого тиристора åóåà 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, первы катод соединен с второй шиной через цель смещения второго элемента фиксации тока, вход которого соединен с анодом первого тиристора, второй катод второго тиристора соединен с управляющим электродом первого тиристора следующего по направлению переключения разряда, а первая шина является общей.

Кроме того, устройство может быть модифицировано дополнительным введением первого управляющего устройства, содержащего первый транзистор, эмиттвр которого соединен с первой шиной, коллек тор соединен с второй шиной и через первый резистор соединен с шиной питания, база соединена с коллектором второго транзистора, база которого через второй резистор соединена с шиной питания, а эмиттер соединен с входной шиной; доцолнительным введением второго управляющего устройства, содержащего первы транзистор, эмиттер которого соединен с шиной питания, коллектор через первый резистор соединен с управляющим электродом первого тиристора первого разр да, база через второй резистор соединена с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен-с первой шиной, база через третий резистор сое139 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 смешения, 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 смешения содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры и базы которых соединены, база первого транзистора соединена с его

1 коллектором, а токозадающий элемент выполнен в виде генератора тока.

ЗЕ

На фиг. 1 изображен основной вариант предлагаемого устройства; на фиг. 2— модифицированный вариант.

Многоразрядное коммутирующее устройство (см.фиг. 1) содержит первые тиристоры 1=1 — 1 h, где q- количес2$ тво разрядов, аноды которых через токозадаюшие элементы 2=1 — 2=И соедине— иы с шиной З питания. В качестве токозадающих элементов могут использоваться генераторы тока или, в простейшем случае, резисторы.

4$

$0

799 нератора тактовых импульсов, подсоединяемого к шине 12, должна быть достаточной для коммутации суммарного тока, протекающего через тиристоры 9=1,— 9=И.

Чтобы не накладывать ограничений на выполнение тактового . генератора в схему введено первое управляющее устройство 13, которое может быть выполнено, например, в виде ТТЛ инвертора, содержащего транзистор 14, коллектор которого соединен с шиной 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=й, 11=1 — 11=iI фиксации тока с диодным смешением в простейшем случае могут быть выполнены по конфигурации "зеркала тока, состоящего из транзисторов 20 1, 20 120=6, 21, 22=1, 23=1 — 22, 23И. Другие схемы элементов фиксации тока с диодным смешением также могут использоваться в предлагаемом устройстве. Ток, протечающий в токоприемной цепи элементов4 1 — 4 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 тиристора 1=-1 синхронно с тактовыми импульсами. Во втором случае информационный код должен подаваться на управляющие электроды всех тиристоров 1 1 — 1 одно-. временно. Уровень логической "1" информа ционных импульсов должен превышать напряжение на 4 — х р-и переходах, т.е, около 2 8 В. Дпя .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 1=1, 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 30 — с коллектором транзистора

31, база которого через резистор 32 соединена с шиной 3 питания, а эмиттер— с информационной шиной 33.

Работа многоразрядного коммутипующего устройства закл ючается в следующем, 139 &

Допустим, в исходном состоянии все тиристоры 1 =1 — 1=И и 9=1 — S=l1 выключены, навсехвыходныхшинах 7=1 — 7= h в этом случае высокий потенциал. При

5 поступлении импульса на информационную шину 33 включаются транзисторы 28 и 25 управляющего устройства 24 и коллекторный ток транзистора 25 начинает протекать через управляющий эпек трод тиристора 1 1, в результате чего тиристор 1=1 включается. В результате включения тиристора 1=1 через эмиттерный переход транзистора 6=1 протекает ток от токозадающего элемента 2=1, и

10=0, транзистор 6=1 входит насыщение соединяет выходную шину 71 с шиной 8. Напряжение:на выходной шине

7=1 при этом составляет около 0,3 В (шина 8 находится под нулевым потенциалом) .

При поступлении импульса на тактовую шину 19 включается транзистор 14 управляющего устройства 13, и на шине 12 устанавливается nmewman около 0,3 В.

В реэульатте этого анодный ток вкпю2$ ченного тиристора 1=1 перераспределяет . ся в его второй катод, поскольку падение напряжения в цепи: управляющий эпектрод. первый катод тиристора 9 1 — цепь диодного смещения элемента: 11=1 фикЗ сации тока (эмиттерный переход транзистора 23=1 — коллектор - эмиттер насыщенного транзистора 14{0,7 В Ф 0,7 В +, + 0,3 В"-1,7 В) оказывается меньшим падения напряжения в цепи: эмиттерный

З$ переход транзистора 21=,1 — диод 5 1— эмиттерный переход транзистора 6 1 (0,7 В+0,7 B+0,7 В 2,1 В). Прохождение тока через цепь смещения элемента

11=1 фиксации тока приводит к тому, что часть тока токоэадаюшего элемента 2=1 начинает ответвляться в коллектор транзистора 22=1, являющегося входом элемента 11=1 фиксации тока. Это в свою очередь приводит к уменьшению тока через управляющий электрод тиристора, .: ..

9=1, цепь смещения элемента 11=1 фиксации тока и, соответственно, к уменьшению тока токозадающего элемента 2 1, ответвпяющегося в коллектор транзистора

22=1. В результате указанных конкурирующих процессов ответвляющийся в коллектор транзистора 22=1 ток устанавливается на уровне, несколько превышаю- щем анодный ток тиристора 1=1 (соотношение токов задается отношением площадей эмиттеров транзисторов 22=1 и 23 1, как указывалось ранее, пло-. шадь эмиттера транзистора 22=1 выби7 799 рается несколько большей площади эмиттера транзистора 23ы1. П "раметры токозадающего элемента 21 выбираются таким образом, чтобы задаваемый им ток более чем в 2 раза превосходил ток включения тиристора 9 1, что обеспечивает включение тиристора 9 1 под воздействием проходящего через его управляющий электрод тока.

После включения тиристора 9 1 через цепь смещения элемента ll: 1 фиксации тока начинает проходить ток токоэадающего элемента 10=1. Учитывая, что параметры токозадающих элементов 2 1, 10=1 одинаковые, а величина фиксирующего тока в элементе фиксации тока несколько больше тока в его цепи смещения, весь ток токоэадающего элемента

2=1- ответвляется в коллектор транзистора 22 =l. Ток через тиристор 1 *1 уменьшается до нуля и он выключается, ток через эмиттерный переход транзистора 6=1 прекращается и на выходной шине 7=1 устанавливается высокий потенциал. По окончании импульса на так.товой шине 19 транзистор 14 управляющего устройства 13 выключается, и потенциал на шине 12 повышается . В результате этого анодный ток FHpHGTopa

9=1 перераспределяется в его второй катод, связанный с управляющим электродом тиристора 1=2. Далее, в соответствии с описанным выше механизмом происходит включение тиристора 1=2 и выключение тиристора 9=-1. После включения тиристора 9=1 через эмиттерный переход транзистора 6=2 проходит ток от токозадающих элементов 10 1, 2„2, транзистор 6=2 входит в насыщение, и на выходной шине 7=2 устанавливается низкий потенциал.

Таким образом, поступление одного тактового импульса на шину 19 обеспе чивает сдвиг включенного состояния в устройстве на один разряд. Аналогичным. образом, при поступлении на информационный Вход ЗЗ р- разрядного кодар a н& вход 19 =и тактовых импульсов, в многоразрядном коммутирующем устройстве может быть включена произвольная комбинация разрядов.

Модифицированный вариант многоразрядного коммутирующего устройства (см. фиг. 2) отличается от описанного выше основного элемента фиксации тока

34=-1 34=h, цепью смещения которых служат эмиттерные переходы транзисторов

6м1 — 6 В . таком варианте многоразрядное коммутирующее устройство может

139 8 служить для обеспечения заданного тока в коммутируемых шинах.

При выборе соотношения площадей эмиттеРов тРанзистоРов 6 1 — 6 q npo пориионального 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.

Фор мула изобретения

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что дополнительно вве1. Многоразрядное коммутирующее устройство, содержащее в каждом разряде первый тиристор, включенный

25 цоследовательно 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, о т л и ч а ю—

30 . щ е е с я тем, что, с целью уменьшения остаточного напряжения На: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

4Е элемента фиксации тока соединен с анодом второго тиристора предыдущего по направлению переключения разряда, анод первого тиристора через первый токозадающий элемент соединен с шиной пита4$ ния, 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 у цепь смещения второго элемента фиксации тока1 вход которого соединен с ано,— дом первого тиристора, второй катод второго тиристора соединен с управляющим электродом первого тиристора следующего по направлению переключения разряда; а первая шина является общей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2, Авторское свидетельство СССР

% 37 3877 „кл. Н 03 К 17 /56, 1970 (прототип).

9 78913 дено 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 транзистора, база которого через второй резистор соединена с шиной питания, а эмиттер соединен с входной шиной. 16

3. Устройство по п. Х, 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, кол- д лектор через первый резистор соединен с управляющим электродом первого тиристора первого разряда, база через второй резистор соединена с коллектором второго 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 через четвертый резистор соединена с шиной р питания, а эмиттер — с информационной шиной.

8 10

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

5. Устройство по пп. 1 и 3, о т л и» ч а ю щ е е с я 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.