Электронный коммутатор

5 1 О 15 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в модуляторах импульсно-кодовой модуляции в качестве дискретизатора.По основному авт. св.801249 известен коммутатор, содержащий две пары транзисторов противоположных типов проводимости, два генератора тока, два ключевых элемента и операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен накопительный конденсатор, к выходу операционного усилителя подключен один выход масштабного резистора, другой вывод которого соединен с выводом токо- задающего резистора и базами первой пары транзисторов противоположных типов проводимости, выходы первого генератора тока и первого ключевого элемента соединены между собой и с эмиттерами транзисторов типа р-п-р, выходы второго генератора тока и второго ключевого элемента соединены между собой и с эмиттерами транзисторов типа п-р-п, коллекторы второй пары транзисторов противоположных типов проводимости подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, а базы - к неинвертирующему входу, который соединен с источником напряжения смещения. Целью изобретения является уменьшение погрешности коммутации электронного коммутатора за счет исключения скачка напряжений в точке соединения масштабного и токозадающего резистора, а также за счет исключения неодновременности запирания пар транзисторов разного типа проводимости.На чертеже приведена электрическая схема электронного коммутатора.Электронный коммутатор содержит первый операционный усилитель 1, между выходом и инвертирующим входом которого включен накопительный конденсатор 2. К выходу первого операционного усилителяподключен один вывод масштабного резистора 3, другой вывод которого соединен с выводом токозадающего резистора 4 и базами транзисторов 5 и 6, образующих первую пару транзисторов противоположных типов проводимостей. Коллекторы транзисторов 5 и 6 подключены к соответствующим источникам питающего напряжения, Коллекторы транзисторов 7 и 8, образующих вторую пару транзисторов противоположных типов проводимостей, подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя 1, а базы транзисторов 7 и 8 - к его неинвертирующему входу, который соединен с источником напряжения смещения, Эмиттеры транзисторов 5 и 7 типа р-и-р соединены между собой и подключены к выходам первого генератора 9 тока и первого ключевого элемента 10, Эмиттеры транзисторов 6 и 8 типа и-р-и соединены между собой и подключены к выходам второго генератора 11 тока и второго 2 О 25 зо 35 4 О 45 50 55 ключевого элемента 12. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя 13 подключен к источнику смещения Е инвертирующий вход - к точке соединения резисторов 14 и 15, образующих первую пару. Другие выводы резисторов 14 и 15 подключены к входам первого 1 О и второго 12 ключевых элементов, Выход второго операционного усилителя 13 подключен к точке соединения резисторов 16 и 17, образующих вторую пару. Другие выводы резисторов 16 и 17 соединены соответственно с входом второго ключевого элемента 12 непосредственно и через диод 18 с входом первого ключевого элемента 10. Первый вход третьего ключевого элемента 19 подключен к точке соединения диода 18 с резистором 17 второй пары, второй вход - с источником смещения Есм, а выход - с точкой соединения масштабного 3 и токозадающего 4 резисторов. Ключевые элементы 10 и 12 выполнены, например, на диодах Шоттки, можно использовать другие элементы, например транзисторы, что может оказаться удобным для некоторых случаев.Ключевой элемент 19 выполнен на транзисторе 20 р-п-р типа, к базе которого подключен один вывод токоограничивающего резистора 21. Другой вывод этого резистора 21 образует первый вход третьего ключевого элемента 19, Коллектор (эмиттер) транзистора 20 образует второй вход третьего ключевого элемента, а эмиттер (коллектор)- его выход (второй вариант подключения транзистора 20 может оказаться удобным для некоторых случаев).Резисторы 14 и 15 выбирают равными между собой.Резисторы 16 и 17 выбирают из условия протекания через них равных токов с учетом падения напряжения на диоде 18.Электронный коммутатор работает следующим образом.Коммутатор работает в двух режимах: выборки и хранения. На входы ключевых элементов 10 и 12 подаются коммутирующие импульсные сигналы, которыми могут быть сигналы с противофазных выходов элемента электронно-связанной логики (ЭСЛ), На вход смещения подается напряжение Е, меньшее синфазного уровня коммутирующих сигналов (полусумма напряжения логических уровней), управляющих ключевыми элементами 10 и 12, на величину дрейфа и нестабильности этого синфазного уровня. В режиме выборки на соединенные вместе вход ключевого элемента 10, выводы диода 18 и резистора 14 подается напряжение положительной полярности относительно потенциала Есм, а на соединенные вместе вход ключевого элемента 12 и выводы резисторов 15 и 16 - напряжение отрицательной полярности относительно потен циала смещения Е,. При этом ключевыеэлементы 10 и 12 заперты. Также заперт ключевой элемент 19. В точке соединения равных резисторов 14 и 15 образуется напряжение, равное полусумме напряжений логических уровней коммутирующих сигналов (синфазный сигнал) и превышающее величину Е,. Величина превышения усиливается операционным усилителем 13, на его выходе образуется отрицательное напряжение, через резисторы 16 и 17 текут равные между собой токи, смещающие противофазные выходы логического элемента ЭСЛ так, что полусумма напряжений на выходах логического элемента становится равной Е Транзисторы 5 и 7 образуют дифференциальный каскад, последовательно с выходом которого включается выход вто рого дифференциального каскада на транзисторах 6 и 8. Оба эти каскада работают параллельно и выход одного является динамической нагрузкой для другого, В результате в режиме выборки транзисторы 5 - 8 работают как усилитель, выходной ток которого это есть ток перезаряда накопительного конденсатора 2, меняющийся таким образом, что напряжение на конденсаторе равно напряжению на масштабном резисторе 3. Последнее в свою очередь определяется входным током устройства, протекающим через токозадающий резистор 4.Хранение напряжения реализуется на накопительном конденсаторе 2. Для этого полярности напряжений на управляющих входах ключевых элементов 10 и 12 относительно потенциала Е изменяются на противоположные. Ключевые элементы 10, 12 и 19 отпираются, а транзисторы 5 - 8 запираются. Выходное напряжение устройства поддерживается неизменным, поскольку заряд на накопительном конденсаторе может 35 меняться только при наличии коллекторных токов транзисторов 7 и 8, тока утечки в цепи инвертирующего входа первого операционного усилителя 1 или изменении напряжения на выходе последнего. Второй операционный усилитель 13 усиливает разность между напряжением смецения Е, и напряжением в точке соединения резисторов 14 и 16 первой пары и задает соответствующее напряжение в точку соединения резисторов 16 и 17, так что упомянутая раз ность близка к нулю.Переход из режима выборки в режим хранения выполняется по парафазным фронтам коммутирующих сигналов на входах ключевых элементов 10 и 12: отрицательному на входе ключевого элемента 10 и по ложительному на входе элемента2. Отпирание ключевых элементов 10 и 12 происходит в тот момент, когда фронты коммутирующих сигналов достигают уровня напряжения, равного напряжению смещения Е при условии, что напряжения на базах транзисторов 5 и 6 также равно Е.Снижение погрешности коммутации достигается за счет исключения изменения напряжения в точке соединения токозадающего 4 и масштабного резисторов 3, т. е. на соединенных базах транзисторов 5 и 6. Такое изменение имеет место в схеме проготипа по нескольким причинам.Часть коммутирующего сигнала просачивается через эмиттерно-базовые переходы транзисторов 5 и 6 и, изменяя напряжение на их базах, меняет напряжение запирания транзисторов 5 - 8. Введение третьего ключевого элемента 19, усилителя 3, резисторов 14 - 17, диода 18 и связей позволяет исключить изменение напряжения запирания транзисторов 5 - 8.Они запираются одновременно, что исключает перезаряд накопительного конденсатора 2, и таким образом достигается положительный эффект.С момента перехода в режим хранения ток через токозадающий резистор 4 не уравновешивается током через масштабный резистор 3, на этих двух резисторах образуется делитель входного напряжения. В схеме прототипа соответствующая часть входного напряжения в точке соединения резисторов 3 и 4 поступает на базы первой пары транзисторов 5 и 6 противоположных типов проводимости и при достаточной величине может отпереть их, даже привести к пробою эмиттерно-базового перехода транзисторов 7 и 8, Это же напряжение в сумме с проникающей частью коммутирующего сигнала приложено через масштабный резистор 3 к выходу операционного усилителя 1 и подключенному к нему одному выводу накопительного конденсатора 2. Изменение тока нагрузки операционного усилителя 1 при изменении входного напряжения и коммутации приводит к появлению напряжения ошибки на выходе упомянутого усилителя 1, что равнозначно изменению напряжения на накопительном конденсаторе. Это есть погрешность коммутации. Введение усилителя 13, резисторов 14 - 17, диода 18, ключевого элемента 19 и связей позволило исключить изменение напряжения в точке соединения токозадающего 4 и масштабного 3 резисторов в режиме хранения. После прихода коммутирующего сигнала третий ключевой элемент 19 открывается строго одновременно с первым и вторым ключевыми элементами 10 и 12, поэтому на базы транзисторов 5 и 6 поступает напряжение смешения Е, как и в режиме выборки, в котором такое напряжение образуется из-за отрицательной обратной связи, охватывающей первый операционный усилитель 1. Источником погрешности является неодновременность отпирания ключевых элементов 10 и 2. Благодаря введению операционного усилителя 3, диода 8, резисторов 14 - 17, ключевого элемента 19 исключено непостоянство полусуммы логических уровней перед сменой режимов работы устройства и скачок напряжения на базах тран-.1188874 Составитель Л. Скобелева Редактор А. Лежиина Техред И. Верес Корректор В. Бутяга Заказ 6755/58 Тираж 871 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4зисторов 5 и 6. Поэтому ключевые элементы 10, 12 и 19 открываются, а транзисторы 5 - 8 закрываются строго одновременно и исключен подзаряд накопительного конденсатора 2 коллекторным токомодного из транзисторов 7 или 8.