Многопороговое устройство

 

B. P. Антонец, А. С. Денисов и А. В. Засорин. г ъ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) М НОГОПОРОГОВОЕ YCTPOACTBO

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматики и вычислительной техники.

По основному авт. св. М 609205, 5 известно многопороговое устройство, соцержашее М полевых транзисторов, образующих N каскацов, источник питания и цополнительный полевой транзистор, сток которого подключен к одному полюсу ис- 1О точника питания, затвор через резистор соединен со стоком и через М резисторов подключен к стокам каждого иэ и цоцевьас транзисторов, иа исток обьединен с истоками каждого из М нолевых транзисторов и подключен к другому полюсу источ ника питания, причем между полюсами источника питания включен делитель напряжения ив Я+1 резисторов, à каждый иэ М выводов делителя напряжения цодключен к затвору полевого транзистора соответственно соответствующего каскада 13

Нецостатком данного устройства является низкая разрешающая способность цо первому порогу. Это обьясняется тем, что в нем отсутствует возможность регулирования нижней границы зоны срабатывания по первому порогу. В атом устройстве ширина зоны срабатывания no первому порогу больше ширины зон срабатывания по остальным порогам. Нижняя граница первой зоны срабатывания фикси« рована и определяется величиной порогового наприкения доно витального транзистора. Ток в схеме начинает возрастать сразу же-ERE тожко откроется дополнительный транзистор, т.е. «ак только на рякение на шине источника питания достигает величины порогового напряжения допоа ителььного транзистора. Т аким об разом, разрешающая способность устрой» ства от рюичивается шириной воны срабатывания по первому порогу.

Бель изобретая - повышение рав решающей способности по пе рвому наро» гуе

4 4 схеме станет резко уменьшаться. Таким образом, на характеристике формируется первая зона срабатывания (фиг. 2).

При цальнейшем увеличении входного напряжения на полюсе 4 источника пита3 94597

Это достигается тем, что в многопороговое устройстьо введен токозадаюший транзистор противоположного типа проводимости, сток которого соединен со стоком цополнительного транзистора, ис5 ток — с полюсом источника питания, а затвор подключен к одному из выводов делителя напряжения.

Предлагаемое устройстьо позволяет повысить разрешающую способность по первому порогу за счет обеспечения воэможности регулирования нижней границы зоны срабатывания, достигаемой благодаря включению токоза дающего транзистора.

При подаче на вход многопорогового устройства нарастающего напряжения цополнительный транзистор откроется как то. лько величина. входного напряжения станет равна его пороговому напряжению, однако ток через схему не увеличивается, 20 так квк токоэвдаюший транзистор закрыт.

Рост тока через схему начнется только тогда, когда начнет открываться токозацаюший транзистор, а этот момент можно установить, присоединив затвор токоэацаюшего транзистора к соответствующему вывову делителя напряжения.

Таким образом, нижняя граница зоны срабатывания по первому порогу становится регулируемой и ее ширина значизо тельно уменьшается по сравнению с шириной зоны известного устройства. Это приведет к тому что разрешающая способность по первому впорогу предлагаемого устройства станет выше, чем у из35 вести ого.

На фиг. 1 прецстввлена схема прецлагвемого многопорогового устройства; на фиг. 2-„- вольт-амперная характеристика предлагаемого устройства (пунктиром

Д(1 показана восходящая ветвь зоны срабатывания по первому порогу известного устройства) .

Предлагаемое многопороговое устройство содержит Н полевых транзисторов

1 одного типа проводимости, образующих

N каскадов, а также дополнительный полевой транзистор 2 того же типа проводимости, затвор которого через резне тор 3 соединен с одним полюсом 4 источника питания и через N резисторов 5 50 подключен к стокам кажцого из и полевых транзисторов 1, в исток соединен с истоком, каждого из М полевых транзисто-, ров 1 и подсоединен к другому полюсу

6 источника питания. Между полюсами 5

4 и 6 источника питания включен geлитель напряжения 7 из N +1 резисторов 8, а каждый из N выводов целителя напряжения 7 подключен к затвору полевого транзистора 1 соответствующего каскада. Сток токозадаюшего полевого 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, однако входной ток через схему увеличивается незначительно, поскольку токозадающий транзистор 9 закрыт и протекающим через него током можно пренебречь. Рост тока в устройство определяется величиной резисторов 8 делителя напряжения 7 и суммарной величиной нагрузочных резисторов 3 и 5 каскадов на МОП транзисторах 1. Величину этих резисторов можно выбрать достаточно большой цля того, чтобы пренебречь токами, протекающими через делитель Напряжения 7 и через резистор 3. Квк только входное напряжение на полюсе 4 источника питания достигнет величины, достаточной для открывания токозадаюшего транзистора 9, ток в схеме начнет. резко возрастать до тех пор, пока не откроется один из транзисторов 1, формирующий первый порог. При этом напряжение на затворе дополнительного транзистора 2 начнет падать и дополнительный транзистор 2 закрывается, в ток в ния . дополнительный транзистор 2 снова начнет открываться, ток в схеме будет возрастать, поскольку .токоза дающий транзистор 9 открыт, формируя вторую восходящую ветвь характеристики многопорогового устройства (фиг. 2). При достижении входным напряжением величины второго порога открывается следующий транзистор 1, что приводит к закрыванию дополнительного транзистора 2 и спаду тока.

Таким образом на вольт-амперной характеристике устройства формируется вторая зона срабатывания.

Д альнейшее увеличение входного напряжения привоцит к аналогичным про74 6 зоны срабатыьания по первому порогу предлагаемого устройства UHt

+0tlOt

tl P

Ь= р "пое="поЕ

1 получим "з "оор 0 Ь ин =

Восходящая ветвь первой зоны сраба- . тывания прецлагаемого устройства (так- 40 же без учета тока, протекающего через резисторы) определяется токам, протекающим через токозацающий МОП транзистор дополняющего типа проводимости (в данном случае P-типа), и определяется,$ выражением:

5 9459, цессам, в результате которых формируются эоны срабатывания.

Сравнительные испытания предлагае мого и известного многоцорогового Qct» ройства показали, что разрешающая спо- 1 $ собность по первому порогу предлагаемо го устройства в 2-5 раз выше, чем у, известного, Если пользоваться моделью МОП транзистора, предложенной в работе Р.Кро-щ уфорц Схемные применения МОП транзисторов" (М., «Мир, 1970, с. 72), то восходящая ветвь первой зоны срабатывания на вольтамцерной характеристике известного многопорогового устройства без учета така, протекающего через резисторы, определяется выражением: л..

З=- — you - „„ { ), rtte 3 — ток, протекающий через схему, 20

f5 - удельная крутизна дополнительff ного МОП транзистора;

U — напряжение на затворе дополнительного МОП транзистора, 0 — напряжение на затворе допол2$

ttot нительного МОП транзисторщ

Пусть порог срабатывания Устройс ва равен 1.. Тогда нижняя граница

tt 0P первой эоны срабатывания 0Н1(фиг. 2) опре деляется выражением: =- — (su1-u„ j (з) "н ж

Верхняя граница первой эоны срабатыва« ния как у известного, так и у предлагаемого устройств&, зависит только от Bbt6paH ного режима каскадоь на МОП транзисторах и не изменяется при подключении токозадающего транзистора. Поэтому ширина зоны срабатывания по первому порогу у обоих рассмотренных устройств будет on ределяться значением UH., и 0н1 . чем балыке значение нижней границы, тем уже зо-. на и соответственно больше расширяющая спос обн ocть.

Сравнивая выражения (2) - и (4), и полагая что

"Н„ (5) т.е. значение нижней границы первой зоны срабатывания прецлагаемого устройства больше чем у известного в — раэ.

1 х

Следовательно, разрешающая способность по первому порогу у предла аемого устройства выше, чем у известного.

Это позволяет формировать с помощью предлагаемого устройства более точные и равномерные измерительные шкалы при оцновременном снижении трудозатрат на регулировку устройства на 50-70%. Для обеспечения раьномерности зон срабаты»вания известного устройстьа необходима регулировка 2 резисторов (делителя и нагрузочных), а для обеспечения равномерности зон срабатывания предлагаемого устройства достаточно регулировать H резисторов делителя, поскольку наличие токозадающего транзистора позволяет выбрать режим работы каскадов малочувствительный к разбросу значений параметров транзисторов и- резисторов. гдето„О (9 — соответственно удельная

РР 3i Ао крутизна; напряжение на затворе и пороговое напряжение токозадающего МОП . транзистора, Х «коэффициент переда- t»

$$ чи входного напряжения на затвор токоэадающего транзистора, причем 0 < х с 1.

Подставляя в выражение (3) значение

1„о, получим значение нижней границы

Формула изобретения

Многопорогсвое устройство по авт. св. N 609205, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения раэрешакяцей способности tto первому ttopory, s него введен токозадающий травзистер противоположного тица проьоди7 045074 .. 8 мости, сток которого соединен со стоком Источники информации, допожительного транвистора, исток - с принятые во внимание при экспертизе полюсом источника питания, а еатвор под- l Авторское свидетельство СССР каочен к о@ному ие выходов делителя на- N 609205, кл. Н 03 К 5/20, пряжения. 5 02.0 9. 76,