Кольцевой счетчик

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 16.02.72 21) 1748376/26-9 427478 51) Ч. Кл, 1. 031 с 23/00 с присоединением заявке Государствеикмк комите Совета 1 еккистров ССС пв делом кзобретеккй и открытий(72) Авторы изобретения урочкин и А. М, Щербачецко листорин,(71) Заявител ститут автоматики и электрометриСибирского отделения АН СССР 54) КОЛЬЦЕВОЙ СЧЕТ Изобрет и вычислит быть испо,ских, логич ствах. 11 з вести переключат стоящие из базы первы соединены схемы, нце относится к цзм льцой технике. Счетч ьзовац в различных а ских и ццформационн рительнои к может гоматцчех устройевые счетчики и эмцттерцымц св ого числа ячеек, 1 сторцых ключей и образуют счет а токовых язями, соу которых всех ячеекный вход ы коль елях с нечет х транзвместе 20 Рабочая частота известных счетчиков при одних ц тех же параметрах транзисторов ключей тем выше, чем больше в допустимых пределах переключаемый ток. Ток через элемент цсрекрестцои связи должен превышать более чем вдвое токи транзисторных ключей. Зто приводит к тому, что при одинаковых величинах предельных токов транзисторных ключей и элементов перекрестных связей илц при одинаковых их предельных мощностях, что особенно характерно для транзисторных микроэлектронных компонентов электронных схем, через транзисторы токовых ключей может протекать ток в два раза меньше возможного, Поэтому схема не позволяет повысить быстродействие счетчика за счет увеличения переключаемого тока,Поскольку напряжение стабилизации на элементах перекрестных связей составляет величину порядка 5 - 8 в, а напряжение источника питания схемы должно более чем вдвое превышать напряжение стабилизации элемецгов перекрестных связей, на коллекторцом сопротивлении транзисторного ключа рассеивается значительная мощность.Как следствие того, что через элемент перекрестной связи каждой ячейки необходимо пропускать ток, превышающий более чем вдвое токи транзисторных ключей, известная схема счетчика обладает высоким уровнем напряжения логического нуля, что в ряде случаев затрудняет дешифрацию кода числа, записанного в счетчике.Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности, повышение быстродействия схемы и снижение уровня напряжения логического нуля - достигается тем, что коллектор первого транзистора ключа с-той ячейки предлагаемого счетчика соединен с базой второго транзисторного ключа данной ячейки через транзистор, включенный по схеме с об щцм коллекторолт, причем выходами счетчика являются нагрузочные сопротивления ключей,11 а фиг. 1 приведена принципиальная схема с етчика с коэффициентом пересчета, равным 3; ца фиг. 2 представлены временные диаграммы переходов схемы.Счетчик содержцт первый и второй токо 427478вые ключи 1, и 2 19 и 2,; 1, и 2 з первой, второй и третьей ячеек соответственно; эмиттерные повторители Зь Зъ Зз, эмиттерлые резисторы транзисторных ключей 4 ь 4 4 з, резисторы нагрузки токовых ключей бь б, бз, эмиттерные резисторы эмиттерного повторителя бь бз, бзВ исходном состоянии на первом выходе схемы счетчика (фиг. 1) устанавливается нулевое напряжение, на втором ( - 0,4) в, на третьем ( - 0,8) в. Для этого транзисторы 2 2 1 з токовых ключей должны быть открыты, транзисторы 1 ь з, 2 з - закрыты. Так как на переходах база - эмиттер кремниевых транзисторов напряжение падает (У,=0,7 в), то на выходах эмиттерных повторителей устанавливают напряжения: 3, - (0,7) в; дз - ( - ,1) в;4 - ( - 1,5) в. Чтобы сохранилось исходное состояние ячеек схемы, на счетном входе схемы должен быть потенциал - 1,5 в ) - Уо) - 1,1 в.Таким образом, если на счетном входе схемы сохраняется напряжение У,о=- - 1,3, схема в этом состоянии может находиться сколь угодно долго.С поступлением первого импульса входное напряжение понижается до - 0,9 в. Поэтому напряжение на базе транзистора 1 становится меньше, чем на базе транзистора 2 з, а отношение между базовыми напряжениями остальных пар токовых ключей сохраняется прежним. Это приводит к тому, что токовыи ключ 1, открывается, а ключ 2 з запирается. На первом выходе схемы устанавливается нулевое напряжение, на втором ( - 0,8) в, на третьем ( - 0,4) в, а на выходах эмиттерных повторителей Зь Ъ и Зз соответственно - 0,7, - 1,5 и - 1,1 в. Это состояние схемы сохраняется на всю длительнссть импульса.Во время второго полупсриода входной ча. стоты напряжение на входе схемы вновь становится равным - 1,3 в, а так как напряжение транзистора 2, было - 1,1 в, то ключ 1, открывается, а ключ 2 запирается. Теперь на первом выходе счетчика устанавливается напряжение ( - 0,4) в, на втором ( - 0,8) в, на третьем - нулевое. Напряжения с эмиттерных повторителей, смещающие выходные напряжения схемы в отрицательную область на 0,7 в, удерживают ячейки схемы в этом состоянии до поступления следующего импульса (фиг. 2) . Следовательно, при подсчете одного импульса нулевой уровень напряжения в счетчике перемещается с первого выхода на третий, после второго импульса - на второй, После третьего импульса схема возвращается в исходное состояние, когда с первого выхода снимается нулевое напряжение.В предлагаемой схеме мощность, рассеиваемая элементом перекрестной связи, примерно вдвое меньше мощности, рассеиваемой транзисторными ключами. Это позволяет за счет перераспределения токов, ранее протекавших через элементы перекрестных связей,увеличить токи, переключаемые транзисторными ключами,Поэтому предлагаемая схема обладаетболее высоким быстродействием, чем известные схемы. Оценим, во сколько раз возрослапредельная частота счетчика,Известно, что время задержки распространения сигнала на уровне 50 О 1 о логической еди 0 ницы для схем на переключателях тока1,1= -, - 0,7 С, -- + 0,5 С Р - Ер,15где 1 - время задержки, зависящее толькоот параметров транзисторов;С, - полная емкость, подключенная ккаждому выходу схемы счетчика;20С - входная емкость эмиттерного повторителя;Е - напряжение источника питания;Р, - размах напряжения логической едипицы на выходе схемы;Р - мощность, рассеиваемая токовымиключами;Р, - мощность, рассеиваемая эмиттернымповторителем.Оптимальным между мощностями Р и Р,является соотношение Р т 2 Р Поэтому выражение для 1 можно переписать:35На основании временных диаграмм нафиг. 2 можно прийти к выводу, что минимальный период входной частоты импульсов Т 40 который можно подавать на счетчик, равен21, . Следовательно, максимальную частотуинвходных импульсов предлагаемого счетчика можно определить по формуле451 0,5 Р,2 ь"пред -, - (07 С, -, - С.) Ер50 или при 1 Р ф(0 7 С, - ,- С)Ег( 0,5 Р(0,7 С, - С )Е,55где Р р - предельная мощность, рассеиваемая токовыми ключами.Из полученного выражения следует, чторабочая частота счетчика вдвое выше частот счетчика, выполненного по схеме, взятой из прототипа.В предлагаемой схеме требуется лишь одинисточник питания, причем напряжение в дватри раза меньше напряжения обоих источни ков, требующихся для работы известной схе 427478чы. Поэтому прп одинаковых переключаемых токах мощность, потребляемая каждой ячейкой, во столько же раз меньше,Так как токи в элементах перекрестных связей предлагаемой схемы уменьшились и стали равны токам баз эмиттерных повторителей ( Убэ,), то в этой схеме увеличивается отношение уровней напряжения логической единицы (СУ) и логического нуля (Уб):l,.у;Р эпООдним из преимуществ схемы счетчика является также возможность выполнения ее не только в гибридном, но и в твердотельном исполнении, причем выходные уровни напряжения схемы хорошо согласуются с уровнями напряжений серийно выпускаемых микросхем на переключателях тока. Г 1 редмет изобретения Кольцевой счетчик на переключателях 5 тока, выполненных на транзисторах с эмиттерными связями, состоящий из нечетного числа ячеек, у которых базы транзисторов первых ключей всех ячеек объединены и образуют счетный вход кольцевого счетчика, 10 а коллектор транзистора первого ключа 1-тойячейки соединен с коллектором транзистора второго ключа 1 - 1-вой ячейки и резистором нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, уменьшения потреб ляемой мощности и уровня напряжения логического нуля, каждая ячейка кольцевого счетчика содержит эмиттерный повторитель, при этом коллектор транзистора первого ключа г-той ячейки соединен с базой транзистора 20 второго ключа данной ячейки через транзисторэмиттерного повторителя, база которого связана с коллектором транзистора первого ключа, а эмиттер - с базой транзистора второго ключа.