Устройство для переключения знакопеременных аналоговых сигналов

 

Ьс !:о

М5287

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Кл. G 06g 7/06

Н 03k 17/02

Заявлено 10.Ч.1971 (№ 1655039/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 29.V.1973. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 15.Х.1973

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений н открытий

УДК 681.335.8(088.8) Автор изобретения

В. Д. Бакуменко

Институт электродинамики АН Украинской ССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫХ

АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в гибридных аналого-цифровых машинах.

Известно устройство для переключения аналоговых сигналов, содержащее ключевой полевой униполярный транзистор любого типа проводимости, согласующий усилитель, собранный на полевом ун иполярном транзисторе противоположного типа проводимости и резисторе, управляющий транзистор.

Известное устройство имеет следующие недостатки:

1) низкая точность передачи входных аналоговых сигналов на выход устройства из-за значительного неуправляемого изменения величины сопротивления открытого канала ключевого полевого транзистора, 2) технологическая сложность изготовления интегральных схем с полевыми транзисторами разных типов п!роводимости, 3) низкая экономичность схемы из-за потребления мощности в режиме работы при закрытом состоянии ключевого полевого транзистора, 4) недопустимость взаимозаменяемости ключевых схем из-за технического разброса параметров элементов и отсутствия специалЪной цепи регулировки этих параметров.

В тсредложенном устройстве указанные недостатки устранены благодаря тому, что ключевой каскад выполнен на полевом МОП-траизисторе, подложка которого через диод соединена с шиной нулевого потенциала, исток — с затвором дополнительно введенного полевого

5 МОП-транзистора согласующего усилителя того же типа проводимости. Исток дополнитель;ного МОП-транзистора соединен с базой транзистора согласующего усилителя и через рези.стор — с источником постоянного напряжения

10 и коллектором транзистора согласующего усилителя. Эмиттер транзистора усилителя подключен к дополнительно введенным и параллельно соединенным потенциометру и стабилитрону, друпие концы которых подключены к

15 стоку дополнительного полевого МОП-транзистора и через резистор — к коллектору управляющего транзистора. Движок потенциометра соединен с затвором ключевого МОП-транзистора.

20 Выполненное таким образом устройство для переключения знакопеременных сигналов при незначительно большем, чем у известного, числе элементов дает возможность значительно повысить .точность передачи входных аналоговых сигналов к напрузке, упростить технологию изготовления ключевой схемы в интегральном виде и снизить потребление мощности при закрытом состоянии ключевого транзистора, а также допускает взаимозаменяемость таких ключевых схем.

385287

Принципиальная схема устройства изображена на чертеже.

Устройство содержит ключевой полевой

>МОП-транзистор 1 любого типа проводимости; согласующий усилитель 2, состоящий из полевого МОП-транзистс1ра 8 такого же типа лроводимости, как ключевой МОП-транзистор, биполярного транзистора 4, полупроводникового стабилитрона 5, регулировочного потенциометра б и резисторов 7 и 8; управляющий транзистор 9 и полупроводниковый диод 10.

Кроме того, устройство имеет сигнальный вход

11; сигнальный выход 12; источники постоян,ного напряжения 18 и 14; шину нулевого потенциала 15; электроды полевого МОП-транзистора 1: исток 1б, подложка 17, сток 18, затвор 19; электроды полевого МОП-транзистора

8: исток 20, подложка 21, сток 22, затвор 28: средний вывод 24 регулировочного потенциометр а.

Между сигнальным входом 11 и сигнальным выходом 12 включен участок исток-сток полевого МОП-транзистора 1, подложка 17 которого через диод 10 подключена к.шине 15 нулевого потенциала, Затвор 19 соединен со средним выводом 24 регул ировочного потенциометра б. Затвор 28 МОП-транзистора 8 связан с сигнальным входом 11; сток 22 соединен с одним концом регулировочного потенциометра б, с .анодом стабилитрона 5 и через резистор 8 IH коллектор-эм иттер управляющего транзистора 9 с источником напряжения 14. Исток 20 соединен с подложкой 21, с источником напряжения 18 через резистор 7 и с базой биполярного транзистора 4. Переход эмиттер-коллектор транзистора 4 с одной стороны соединен с катодом стабилитрона 5 и потенциометром б, а-с другой стороны — с источником напряжения 18.

Рассмотр им работу устройства в том случае, когда в качестве ключевого применен р — .ка нальный МОП-тра нз истор, а биполярный 4,и управляющий 9 транзисторы выбраны и-р-и типа.

Входной аналоговый сигнал U однов1ременно поступает на исток 1б ключевого МОПтранзистора 1 и на затвор 28 МОП-транзистора,8, являющийся входом согласующего усилителя 2. Открытие ключевого МОП-транзистора 1 достигается переводом управляющего транзистора 9 в насыщенное состояние,и выполневием условия.

U — и = Увых.i — Увх (— Uoi > (I) где U»<, — напряжение на выходе согласующего усилителя 2;

U„„— напряжение между затвором 19 и истоком 1б ключевого МОПтранзистора 1;

У<ц — модуль напряжения МОП-транзистора 1.

С целью выполнения условия (1) во всем диапазоне коммутируемых сигналов в предлагаемом устройстве применен согласующий усилитель 2, напряжение на выходе равно

Us„x = У.. .+ У. — Ь;. + U" — Uon (2) где U опорное напряжение стабилитрона5;

U „> „— напряжение между истоком 20 и затвором 28 МОП-транзистора 8;

Uq„— напряжение между базой и эмиттером транзистора 4;

U — напряжение между затвором

19 МОП-транзистора 1 и стоком

22 МОП-транзистора 8.

При этом условие (1) пр инимает вид:

Uç — и — U Уоп U" (Uo > (3) где U> — — U„, U<,и справедливо при выборе достаточно большой вели чины

20 U,„.

При открытом ключевом униполярном или

МОП-транзисторе падение напряжения между истоком и стоком U,, не превышает нескольких десятых долей вольта. Этому режиму соответствует линейная зависимость между током канала l,, и напряжением U, „ при постоянной величине отпирающего напряжения между затвором и истоком U,, „т. е.:

Ро: при U3 — „=Const

1с — и

При большом изменении величины отпирающего напряжения U, „наблюдается значительное изменение величины сопротивления

R>, что является существенным недостатком ключевых схем Isa полевых транзисторах, так как современ ные полевые транзисторы имеют довольно большое конечное сопротивление от40 крытого канала (сотни ом), IH значительное

его изменение приводит к снижению точности передачи коммутируемых сигналов на выход ключевой схемы.

В предлагаемом устройстве в значитель45 ной мере этот недостаток устранен путем применения согласующего усилителя 2 с большим статическим коэффициентом усиления по току и стабилитрона 5, а также выбором резистора 7 большой величины (порядка сотни

50 кило/ом). В результате величина коэффициен-а передачи изменений входного сигнала на выход согласующего усилителя 2 приближается к единице (k< — — 0,96 — 0,99) и значительно снижается зависимость величины от% пирающего напряжения U,, от величины входного сигнала; кроме того, удается существенно уменьшить неуправляемое изменение величины U .

В выражение (3) входят и неуправляемые

60 величины Ug IH У„, и управляемая величина

У*. Неуправляемого изменения величины U не происходит, так как напряжение на концах регулировочного потенциометра б равно постоянной величине У„, а нагрузкой потен65 циометра является очень большое входное со385287.противление ключевого МОП-транзистора 1.

Величина напряжения U" может быть изменена с помощью потенциометра б, что является существенным преимуществом предлагаемого устройства, так как из-за технологического разброса параметров элементов схемы величина сопрогивления открытого канала

Йр ключевого МОП-транзистора может значительно отключаться от номинальной величины Ro„„,, определяемой режимом работы устройства на нагрузку,;и требует подстройки.

3 апир ание ключевого транзистора 1 достигается подачей определенного уровня напря.жения на базу управляющего транзистора 9, при котором последний закрывается и схема согласующего усилителя 2 обесточивается, а к затвору 19 МОП-транзистора 1 будет приложено напряжение Е, источника постоянного напряжения 18.

Величина напряжения Е1 должна удовлетворять условию запирания ключевого МОПтранзистора 1: (5) Е1 U»x. Макс ) (1о1 >

) е1 I + I >>вк. м- I (>>проб . (6) Таким образом, при заирытом состоянии ,МОП-транзистора 1 в предлагаемом устройстве обесгочены apace элементы, а следовательно, в нем отсутствует потребление мощности.

Благодаря этому достигается существенный экономический эффект.

Заметим также, что принятое в усилительНых схемах непосредственное подключение где U» „„„— наибольшая положительная величина входного напряжения, но не превышающая некоторого значен ия (Unpog) при котором может наступить пробой МОП-транзистора, т. е.: подложки на исток недопустимо в МОП-схемах коммутации знакоперемен ных сигналов, так как при положительном напряжении между стоком и истоком, несмотря на закрытый канал ключевого МОП-транзистора 1, образуется низкоомная проводящая цепь между стоком 18,и истоком 16 через р-и-переход между стоком 18 и подложкой 17. Поэтому в предлагаемом устройстве подложка 17 клю10 чевого МОП-транзистора 1 через диод 10, включенный в обратном направлении по отношению к положительным сигналам на стоке

18 или истоке 1б, соединена с шиной 15 нулевого потенциала землей.

Предмет изобретения

ЗО

Устройство для переключения знакопеременных аналоговых сигналов, содержащее ключевой каскад, включенный между сигнальными входом и выходом устройства, согласу,ющий усилитель, управляющий транзистор, база которого соединена с источником управляющего сигнала, д иод и резисторы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и экономичности устройства, ключевой каскад выполнен на полевом МОП-транзисторе, подложка которого через диод соединена с шиной нулевого потенциала, исток — с затвором дополнительно введенного полевого МОПтранзистора согласующего усилителя того же типа проводимости, исток которого соединен с базой транзистора согласующего усилителя и через резистор = с источником постоянного

35 напряжения и коллектором транзистора согласующего усилителя, эмиттер которого подключе|н,к до полнителыно введен ным и па.раллельно соединенным потенциометру и стабилитрону, другие отводы (концы) которых под4о ключены к стоку дополнительного полевого

МОП-транзистора и через резистор — к коллектору управляющего транзистора, а движок потенц иометра соединен с затвором ключевого полевого МОП-транзистора.

Редактор О. Авдеева

Составитель С. Белан

Техред Е. Борисова

Корректоры М. Лейзерман. и С. Сатагулова

Заказ 495/1558 Изд. № 662 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тнп. Харьк. фил. пред. «Патент»