Устройство для переключения знакопеременных аналоговых сигналов

П ИСАНИ ЗОБРЕТЕН И Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельств. Кл. 6 06 Д 7/06Н 031 с 17/О Заявлено 10.Ч.1971 ( 1655039/18-24)с присоединением заявки-Приоритет -Опубликовано 29,Ч.1973, БюллетеньДата опубликования описания 15.Х,1973 осударственныи комитетСаввтв Министров СССРпа делам изобретенийн открытий 1,335.8(088 Авторизобретения В. Д. Бакуменко нститут электродинамики АН УкраинскойЗаяви УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЗНАКОПЕРЕМЕННЫ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВз-за ели- ючетеняемости о разброса специаль- тров.занные не, что клюИзобретение относится к вычислительнойтехнике и может быть использовано в гибридных аналого-цифровых машинах.Известно устройство для переключения аналоговых сигналов, содержащее ключевой полевой униполярный транзистор любого типапроводимости, согласующий усилитель, собранный на полевом униполярном транзисторе противоположного типа п 1 роводимости и резисторе, управляющий транзистор.Известное устройство имеет следующие недостатки:1) низкая точность передачи входных аналоговых сигналов на выход устройства изначительного неуправляемого изменения вчины сопротивления открытого канала клвого полевого транзистора,2) технологическая сложность изготовленияинтегральных схем с полевыми транзисторамиразных типов проводимости,3) низкая экономичность схемы из-за потребления мощности в режиме работы при закрытом состоянии ключевого полевого транзистора,4) недопустимость взаимоза ключевых схем из-за техническог параметров элементов и отсутствия ной цепи регулировки этих парамеВ тсредложенном устройстве ука достатки устранены благодаря тому чевой 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 дляпереключения 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, 385287Принципиальная схема устройства изображена на чертеже,Устройство содержит ключевой полевой МОГ-транзистор 1 любого типа проводимости; согласующий усилитель 2, состоящий из полевого МОП-транзистора 3 такого же типа лроводимости, как ключевой МОП-транзистор, биполярного транзистора 4, полупроводникового стабилитрона б, 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 13 и 14; шину нулевого потенциала 1 б; электроды полевого МОП-транзистора 1: исток 1 б, подложка 17, сток 18, затвор 19; электроды полевого МОП-транзистора 8: исток 20, подложка 21, сток 22, затвор 23: средний вывод 24 регулировочного потенциометра.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 1 б нулевого потенциала, Затвор 19 соединен со средним выводом 24 регулировочного потенциометра б. Затвор 28 МОП-транзистора 3 связан с сигнальным входом 11; сток 22 соединен с одним концом регулировочного потенциометра б, с .анодом стабилитрона б и через резистор 8 и коллектор-эмиттер управляющего транзистора 9 с источником напряжения 14. Исток 20 соединен с подложкой 21, с источником напряжения 13 через резистор 7 и с базой биполярного транзистора 4. Переход эмиттер-коллектор транзистора 4 с одной стороны соединен с катодом стабилитрона б и потенциометром б, а с другой стороны - с источником напряжения ИРассмотрим работу устройства в том случае, когда в качестве ключевого применен р - канальный МОП-транзистор, а биполярный 4,и управляющий 9 транзисторы выбраны и-р-а типа.Входной аналоговый сигнал У, однов 1 ременно поступает на исток 1 б ключевого МОП- транзистора 1 и на затвор 23 МОП-транзистора,8, являющийся входом согласующего усилителя 2, Открытие ключевого МОП-транзистора 1 достигается переводом управляющего транзистора 9 в насыщенное состояние,и выполневием условия;Уэ - и = Увых 1 - Увх ( - Уо(1)где У, - напряжение на выходе согласующего усилителя 2;У,- напряжение между затвором 19 иистоком 1 б ключевого МОП- транзистара 1;Уо - 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 У,=У.,+У-Ь;.+У - У, (2)5 где У, - опорное напряжение стабилитронаб;У и- напряжение между истоком 20 изатвором 23 МОП-транзистора 3;У, - напряжение между базой и эмиттером транзистора 4;У" - напряжение между затвором19 МОП-транзистора 1 и стоком22 МОП-транзистора 3.При этом условие (1) принимает вид: 15Уз - и - У - Уоп У ( У 1(З)где У = У - У,и справедливо при выборе достаточно большой велелчины 20 У,.При открытом ключевом униполярном илиМОП-транзисторе падение напряжения между истоком и стоком У не превышает нескольких десятых долей вольта. Этому режиму соответствует линейная зависимость между током канала 1, , и напряжением У,при постоянной величине отпирающего напряжения между затвором и истоком У т. е.:Р,=" при У, =Сопз 11 с - иПри большом изменении величины отпирающего напряжения У, наблюдается значительное изменение величины сопротивления Ло, что является существенным недостатком ключевых схем на полевых транзисторах, так как современные полевые транзисторы имеют довольно большое конечное сопротивление от крытого канала (сотни ом), и значительноеего изменение приводит к снижению точности передачи коммутируемых сигналов на выход ключевой схемы.В предлагаемом устройстве в значитель ной мере этот недостаток устранен путем применения согласующего усилителя 2 с большим статическим коэффициентом усиления по току и стабилитрона б, а также выбором резистора 7 большой величины (порядка сотни 50 кило/ом). В результате величина коэффициента передачи изменений входного сигнала на выход согласующего усилителя 2 приближается к единице (А, = 0,96 - 0,99) и значительно снижается зависимость величины от пирающего напряжения У 3 и от величинывходного сигнала; кроме того, удается существенно уменьшить неуправляемое изменение величины УВ выражение (3) входят и неуправляемые 60 величины У и У, и управляемая величинаУ. Неуправляемого изменения величины Уф не происходит, так как напряжение на концах регулировочного потенциометра б равно постоянной величине У, а нагрузкой потен циометра является очень большое входное со 385287противление ключевого МОП-транзистора 1. Величина напряжения (1 а может быть изменена с помощью потенциометра б, что является существенным преимуществом предлагаемого устройства, так как из-за технологического разброса параметрэв элементов схемы величина сопрогивления открытого канала Й 0 ключевого МОП-транзистора может значительно отключаться от номинальной величины Я 0 определяемой режимом работы устройства на нагрузку,;и требует подстройки.Запирание ключевого транзистора 1 достигается подачей определенного уровня напряжения 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 13,Величина напряжения Е, должна удовлетворять условию запирания ключевого МОП- транзистора 1:(5) Е 1 - Увх, макс ) (101где / вх накс наиоольшая положительнаявеличина входного напряже.ния, но не превышающая не- КОТОРОГО ЗиаЧЕНИЯ (Кро 0), при котором может наступить пробой МОП-транзистора, т. е.:Е, ( +Увх. ннн ) ( (проб (6) Таким образом, при заирытом состоянии ,МОП-транзистора 1 в предлагаемом устройстве обесгочены все элементы, а следовательно, в нем отсутствует потребление мощности. Благодаря этому достигается существенный экономический эффект,Заметим также, что принятое в усилительНых схемах непосредственное подключениеподложки на исток недопустимо в МОП-схемах коммутации знакопеременных сигналов, так как при положительном напряжении между стоком и истоком, несмотря на закрытый 5 канал ключевого МОП-транзистора 1, образуется низкоомная проводящая цепь между стоком 18,и истоком 1 б через р-и-переход между стоком 18 и подложкой 17. Поэтому в предлагаемом устройстве подложка 17 клю чевого МОП-транзистора 1 через диод 10,включенный в обратном направлении по отношению к положительным сигналам на стоке 8 или истоке 1 б, соединена с шиной 15 нулевого потенциала землей.15 Предмет из о бр етения 30 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, диод 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 МОП- транзистора 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 согласующегоусилителя, эмиттер которого подключен,к дополнителыно введенным и параллельно соединенным потенциометру и стабилитрону, другие отводы (концы) которых под.40 ключены к стоку дополнительного полевогоМОП-транзистора и через резистор - к коллектору управляющего транзистора, а движок потенциометра соединен с затвором ключевого полевого МОП-транзистора,Составитель С. БеланТехред Е. Борисова Тираж 647омитета Совета Министровретений и открытийаушская наб., д. 4/5 ПодписноеСР п. Харьк. фил. пред. Патент едактор О. Авдеева Заказ 495/1558ЦНИИПИ Изд.662 осударствен ногопо делам изо Москва, Ж,Корректоры М, Лейзерман и С, Сатагулова