Аналоговый компаратор

 

АНАЛОГОВЬЙ КОЬШАРATOP, содержащий входной дифференциальный ус1шительный каскад на двух полевых транзисторах с генератором тока в цепи истоков, нагрузочные резисторы и шины питания, отличающийс я тем, что, с целью повьпиения быстродействия, в введены два оптррна,.токозадающий резистор и два эмиттерных повторителя, каждый из которых состоит из двух р - п - р и двух п - р - п-транзисторов, двух источников тока, двух стабилитронов и двух стабилизирующих резисторов, причем эмиттер первого р - п - ртранэистора через первьй стабилизируняций резистор, а эмиттер первого п - р -п транзистора через второй стабипизирукяц1гй резистор .подключены .к выходной шине, которая через первый стабилитрон подключена к базе второго .р - п - р-транзистора и через второй стабилитронк ба:зе BTopioГо п - р - п-транзистора, между коллектором и базой которого включен первый источник тока, а .между коллектором и базой второго р - п - р-транзистора включен второй источник тока, причем коллектор второго п - р - птранзистора подключен к первой шине питания J а коллектор второго р - п р-транзистора - к второй шине питания , при этом сток первого полевого транзистора подключен к базе первого р - п - р-транзистора первого эмиттерного повторителя и первому выходу первого оптрона, второй .выход которого подключен к первому выходу второго оптрона, второй выход которого подключен к базе первого п - р - птранзистора первого змиттерного повторителя и через первый нагрузочный резистор к первой шине питания, а сток второго полевого транзистора (Л подключен к базе первого р - п - рс транзистора второго эмиттерного повторителя и к третьему выходу первого оптрона, четверть вьпсод которого подключен к третьему выходу второ1ГО оптрона, четвертьпЧ выход которого подключен к базе первого п - р - п ел 1 транзистора втор.ого змиттерного повторителя и через второй нагрузочСП ньй резистор к первой шине питан1 я, кэ причем первьш вход первого оптрона подключен к второй шине питания, второй вход подключен к первому входу второго оптрона, второй вход которого через токо.задающий резистор подключен к первой тайне питания, а коллекторы первых :: - р - пи р - п - р-транзисторов эмиттерных повторителей подключены к эмиттерам вторых п - р-п-и р - п - р-транзистЬров .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(sl) G 05 1/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3499941 /24-21 (22) 11. 10,82 (46} 23. 05.85. Бюл. Р 19 (72) В,В. Белогуб, Б.И. Бровко и В.В. Еремин (53) 621.373.33(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 690622, кл. G 05 В 1/01, 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 784815, кл. G 05 В 1/01, 1978. (54)(57) АНАЛОГОВЪ|Й КОНПАРАТОР, содержащий входной дифференциальный усилительный каскад на двух полевых транзисторах с генератором тока в

" цепи истоков, нагрузочные резисторы и шины питания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, в нег введены два оптрона, токоэадающий резистор и два эмиттерных повторителя, каждый нз которых состоит из двух р — п — р и двух и - р - п-транзисторов, двух источников тока, двух стабилитронов и двух стабилизирующих резисторов, причем змиттер первого р — и - ртранзистора через первый стабилизирующий резистор, а эмиттер первого и †. р -п- транзистора через второй стабилизирующий резистор подключены . к выходной шине, которая через первый Стабилитрон подключена к базе второго р — п — р-транзистора и через второй стабилитрон к базе второго п - р - п-транзистора, мвкду коллектором и базой которого включен первый источник тока, а .между коллектором и базой второго р — п — р-тран„„Я0„„115 521 эистора включен второй источник тока, причем коллектор второго и — р - итранзистора подключен к первой шине питания, а коллектор второго р — пр-транзистора — к второй шине питания, при этом сток первого полевого транзистора подключен к базе первого р — и — р-транзистора первого эьп т ...терного повторителя и первому выходу первого оптрона, второй выход которого подключен к первому выходу второ" го оптропа, второй выход которого подключен к базе первого и — р — итранзистора первого эмиттерного повторителя и через первый нагрузочный резистор к первой шине питания, а З сток второго полевого транзистора подключен к базе первого р — п — ртранэнстора второго эмиттерного по- С вторителя и к третьему выходу первого оптрона, четвертый выход которого подключен к третьему выходу второpro оптрона четвертый выход которого

)ева4 подключен к базе первого п — р — птранэистора второго эмиттерного СЛ повторителя и через второй нагруэочный резистор к первой шине питанИя, Ql причем первый вход первого оптрона Я подключен к второй шине питания, фюаиВ второй вход подключен к первому входу второго оптроиа, второй вход которого через токоэадающий резистор подключен к первой шине питания, а коллекторы первых : - р - и- и в р — п — р-транзисторов эмиттерных повторителей подключены к эмиттерам вторых и" р — п- и р — и — р-транзисторов.

1157521

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для сравнения амплитуд коротких импульсов в различных измерительных устройствах, например в устройствах для функционального контроля микросхем.

Целью изобретения является повышение быстродействия и чувствительности эа счет. уменьшения времени 10 установления напряжения на экране.

На чертеже представлена функциональная схема аналогового компаратара„ Аналоговый компаратор содержит входной дифференциальный усилительный каскад на двух полевых транзисторах 1 и 2 с генераторам 3 тока в цепи истоков, нагруэочные резисторы 4 и 5, оптрон 6, состоящий из zg светодиода 7 и двух фотадиодов 8 и 9, оптрон 10, состоящий иэ светодиода 11 и двух фатодиодов 12 и 13, токозадающий резистор 14, эмиттерные повторители, каждый из которых содержит два р - п р-транзистора

15, 16 и 17, 18, два п — р — п-транзистора 19, 20 и 21, 22, по два стабилитрона 23, 24 и 25, 26, по два стабилизирующих резистора 27, 28 и 29, 30, два источника тока 31, 32 и 33, 34, две выходные шины 35 и 36, две входные шины 37, 38 и две шины питания 39 и 40, при этом сток перво. го полевого транзистора 1 и сток

35 второго полевого транзистора 2, к стокам которых подключен генератор

3 тока, подключены к выводам нагрузочных резисторов 4 и 5 соответственно через последовательно соединен- ные первый аптрон 6, состоящий из .светодиода 7 и двух фотодиодов 8 и 9, и второго оптрона 10„ состоящего из светодиода 11 и двух фотодиодов 12 н 13, а второй вход второго оптрона.,ц подключен к выводу токозадающега

Ф резистора 14, при этом эмиттер второго р — п — р -транзистора 15 подключен к коллектору первого и — п — ртранзистора 16 первого эмиттернага 50 повторителя, а змиттер второго р — пр-транзистора 17 подключен к коллекто.ру первого р — и - р-транзистора 18 второго эмиттернаго повторителя, прн этом коллектор нерваго п - р — и- 55 транзистора 19 соединен с змиттерам второго п — р - п-транзистора 20 первого эмиттернога повторителя, а эмиттер первого и — р — п-транзистора 21 соединен с коллектором второго п - ри-транзистора 22 второго эмиттерного повторителя, при этом базы вторых п — р — п- и р — п — р-транзисторов !

9, 21, 15 и 17 первого и второго эмиттерных повторителей подключены соответственно через стабилитроны

23, 24, 25 и 26 к общим точкам первого и второго стабилизирующих резисторов 27, 28 и 29, 30 и непосредственно к источникам 31-34 тока, а общие точки такостабилиэирующих резисторов 27, 28 и 29, 30 подключены к выходным шинам 35 и 36 соответственно, а затворы полевых транзисторов

1 и 2 соединены с входными шинами

37 и 38 соответственно, причем первая шина 39 питания подключена к коллекторам п — р — п-транзисторов 19 и 21, а вторая шина 40 питания— к коллекторам p - п - р-транзисторов 15 и 17 соответственно.

Аналоговый компаратор работает следующим образом.

На входную шину 37 первого полевого транзистора 1 и на входную шнчу 38 второго полевого транзистара 2 поступают сравниваемые напряжения.

Один из полевых транзисторов (например 1) открывается, а второй полевой транзистор (в данном случае 2) закрывается. Напряжение на стоках этих полевых транзисторов изменяется пропорциональна разности входных напряжений, Нагрузкой нолевого транзистора 1 является последовательно соединенные нагрузочный резистор 4 и фотодиоды 8 и 12, а также сложные эмиттерные повторители на дополняющих транзисторах р — п †-р-типа 15 и 16 и и — р — и-типа 19 и 20. Нагрузкой полевого транзистора 2 является соответственно последовательно соединенные нагрузочный резистор 5, и фотодиады 9 и 13, а также сложные эмиттерные повторители на транзисторах р — п — р-типа 17 и 18 и п — р - п-типа 21 и 22.

Начальное смещение на транзисторах

16, 20 и. 18, 22 задается токозадающим резистором 14. Ток, величина которого задана резистором 14, протека» через последовательно соединенные светодиоды 7 и 11, вызывает появление фотоЭДС на фотодиодах 8, 9 и 12, 13, причем чем больше ток, тем больше фото1157

ЭДС и соответственно начальное смещение, Изменение напряжения на базах транзисторов 16, 20 и 18, 22 повторяется на эмиттерах этих транзисторов и соответственно на выходных шинах 36 и 37. Это изменение напряжения через стабилитро ы 23, 24 и 25, 26 поступает на базы соответствующих транзисторов 15, 19 и 17, 21 и саответствен- 1О .но на их эмиттеры, соединенные с коллекторами транзисторов 16, 20 и 18, 22, Такое соединение транзисторов позволяет компенсировать емкость коллектор — база транзисторов 16, 20 15 и 18, 22.

На примере работы транзистора 16 рассмотрим более подробно процесс компенсации емкости коллектор .-. база.

Изменение напряжения на базе тран20

"истора 16 повторяется в эмиттере этого же транзистора (напряжение сдвинута па уровню на величину

0,5 В для кремневых транзисторов и - 0,1 В для германиевых). Это из25 менение напряжения через дифференциальное сопротивление стабилитрона 23 поступает в базу транзистора 15. Изменение напряжения на базе транзистора 15 повторяется в эмиттере зтого транзистора 16, Граничная частота усиления указанных транзисторов значительно вьппе полосы рабочих частот компаратора.

В этом случае задержкой срабаты- 35 вания транзисторов. можно пренебречь и считать, что напряжение на базе, эмиттере и коллекторе транзисторов

16 и 20 (18 и 22) изменяется одновременно и с одинаковой амплитудой. 40

В результате напряжение на базе и коллекторе транзисторов 16 и 20 (18 и 22) изменяется синфазно, т.е. фариа, полярность и амплитуда напряжения на коллекторе такая же, как 45 и на базе„

Таким образом, в любой момент времени разность напряжений на базе и коллекторе транзисторов 16 и 20 (18 и 22) сохраняется постоянной, . равной напряжению стабилизации стабилитронов 23 и 24 (25 и 26), и перезаряд емкости коллектор — база не происходит, Эквивалентная емкость коллектора каждого из транзисторов 16, 20 и 18, 22 составляет О, 1 емкости кол-1 лектор, — база, а эквивалентная ем521 4 кость эмиттера составляет 0,05 емкости эмиттера.

Таким образом, предлагаемый аналоговый компаратор позволяет получить большее быстродействие, чем у известного компаратора при сохранении высокой чувствительности, что позволяет использовать предлагаемый аналоговый компаратор в приборах для измерения параметров коротких импульсов с высокой частотой следования (до 300 мГц).

Погрешность измерения при этом уменьшается.

При технической реализации,аналогового компаратора могут появиться паразитные емкости в цепях стоков полевых транзисторов 1 и 2. Уменьшить влияние паразитной емкости монтажа можно путем введения электрического экрана, охватывающего цепь сток транзистора 1 — база транзистора 16 — фотодиоды 8 и !2 - база транзистора 20 в одном плече. Аналогичная цепь в другом плече. При этом экраны необходимо подключить к выходам компаратара. Для обеспечения прохождения света от светодиодов 7 и 11 экраны должны быть сетчатыми или выполнены из прозрачной окиси олова.

Действие экрана заключается в сле-. дующем, Выходные сопротивления компаратора имеют малые значения, поэтому постоянная времени установления напряжения на экране, подключенном к выходным шинам, меньше времени установления палезнога сигнала, т.е. постоянную времени установления напряжения на экране можно не учитывать и считать, что напряжение на.экране изменится так же, как и в стоках транзисторов 1 и 2, практически без задержки.

Таким образом, напряжение между экранами, охватываемыми цепями, не измен>.ется ва времени, перезаряд емкости между экраном и охватываемой цепью не происходит, Таким образом, если при изготовлении аналогового кампаратора образовалась паразитная емкость монтажа, то для повьппения быстродействия компаратара целесообразно применить экранирование цепей и экран подключить к выходу.

1157521

Составитель Н. Маркин

Техред И.Пароцай

Редактор Н. Лазаренко

Корректор E. Сирохман.

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Укгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3369!46 Тир.аж 863. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам ивобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д, 4/S