Многоустойчивый компаратор напряжения

О П И-С А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 1993466(63) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 040831 (21) 3327558/18-.21 слрисоединениемзаявки Ио - . Н 03 К 3/24 6 05 В 1/01 Государственный омнтет СССР но дедам нзобретеннй н открытийОпубликовано 300183, Бюллетень Ио 4 Дата опубликования описамия 30,0133(54) ИНОГОУСТОЙЧИВЫЙ КОМПАРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 1Устройство относится к ннформацй онно-преобразовательной технике и может быть использовано для построения быстродействующих параллельнопоследовательных аналого-цифровых преобразователей. а также различных контрольно-измерительных устройств, классификаторов и анализаторов парамет ров электрических сигналов.Известны многопороговые устройст= ва сравнения, у которых входное:напряжение преобразуется в.унитарный единичный код, при котором сигнал "единицами появляется на выходах всех каскадову которых опорные (порого-. вые) уровни меньше, чем величина вход. ного напряжения 1.Однако данные устройства имеютнизкую чувствительность и надежность. поскольку у них возможны неопределенные состояния и сбои, что ограничивает область их применения и требует введения дополнительных узлов.Наиболее близок к предлагаемому многоустойчивый компаратор напряжения, содержащий И. идентичных дифференциальных каскадовс.транзисторными генераторами тока в змиттерных цепях сравнивающих транзисторов., базы которых подключены соответственно к источнику преобразуемого напряжения ч источникам опорных напряжений,причем,.комплекторы разноименных сравнивающих транзисторов соседних каскадов подключены к шине. питания через, общие коллекторные резисторы. Введением регенеративной обратной связимежду соседними каскадами, осуществ ляемой с помощью выходного транзис"торного ключа и дополнительного транзистора, образующего сравнивающуюпару с транзистором генератора токасоседнего дифференциального каскада,обеспечивается надежное переключение многоустойчивого компаратора иполучение на его выходам позиционного единичного кода; Этим устраняютсясбои и повышается надежность рабо ты 23Недостатком известного устройстваявляются потери в быстродействии,возникающие иэ-за насыщения транзисторов регенеративной обратной связии влияния интегрирующих цепочек, обра.25 зуе х высокоомн н токоограничивающими резисторами и паразитными емкостями. Последние не только затягиваютвремя переключения, но и ухудшаютчувствительность компаратора, таккак часть полезного сигнала теряется Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институтна них. На точности известного устройства, кроме того, отрицательно сказываются изменения нагрузки, влияю. - щие на глубину регенеративной обратной связи.Цель изобретения - повышение быст родействия и точности сравнения,Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее В вход. ных дифференциальных каскадов на транзисторах, базы которых соответственно подключены к источнику входного напряжения и источнику опорных напряжений, коллекторы транзисторов соседних каскадов попарно объединены и подключены через коллекторные 15 резисторы к шине первого источника напряжения, а эмиттеры транзисторов каждого каскада через транзисторный генератор тока и токостабилизирующий резистор соединены с шиной второго источника напряжения, базы транзисторов всех генераторов тока подключены к третьему источнику напряжения, источник смещения, транзисторы и резисторы, введены И выходных дифференциальных каскадов, собранных на транзисторах противоположной проводимости транзисторам входных дифференциальных каскадов с общим источ. ником тока, причем базы транзисторов выходных дифференциальных каскадов ЗО подключены к источнику смещения, а коллекторы транзисторов первого плеча соответственно подключены к выходным шинам устройства и через нагрузочные резисторы к общей шине, кол лекторы транзисторов второго плеча выходных дифференциальных каскадов соответственно подключены х общей точке токостабилизирующего резистора и транзисторного генератора тока пре О дыдущего входного дифференциального каскада, а эмиттеры транзисторов каждого выходного дифференциального каскада соответственно через переход коллектор-эмиттер транзистора и общий для всех выходных дифференциальных каскадов источник тока соединены с шиной первого источника напряжения, а базы транзисторов соответственно соединены с попарно объединенными коллекторами транзисторов входных дифференциальных каскадов.На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.Схема содержит И. каскадов 1- 1)каждый иэ которых содержит входной дифференциальный каскад 2, выходной дифференциальный каскад 3, общий для всех каскадов источник 4 тока, источники 5-8 напряжения и коллекторные резис торы 9.Входной дифференциальный каскад 2 содержит транзисторы п-р п(один опорный 10, другой входной 11), причем в цепь экиттеров транзисторов 10 и 11 65 включен генератор тока, выполненный на транзисторе 12 и токостабилизирующем резисторе 13.,База токостабилизйрующего транзистора соединена с источником 8 напряжения. Базы всех опорных транзисторов 10 соединены с входной-шиной,. а базы всех входных транзйсторов 11 соответственно соединены со своими источниками опорных напряжений.Выходной дифференциальный каскад 3 содержит транзисторы 14-16 -й- типа, при этом базы транзисторов 14 и 15 соединены с источником напряжения 6, коллекторы транзисторов 16 соответственно соединены со своими выходными шинами и через нагрузочный резистор 17 с общей шиной, коллектор транзистора 14 соединен с токостабилизирующим резистором 12 предыдущего каскада .Эмиттеры транзисторов 14 и 15 черезпереход коллектор-эмиттер транзистора 16 подключены к источнику 4 тока, а базы транзистора 16 - к коллектор- ному резистору 9.Устройство работает следующим образом.Пусть в исходном состоянии входноенапряжение компаратора Оу = О. Тогдатранзисторы 11 каскадов 2 заперты, а транзисторы 10 открыты, так как кбазам этих транзисторов приложены опорные напряжения 00 . Для нормальной работы устройства необходимо, чтобЫ величина минимального опорного напряжения ПОи разность между. опорными на. пряжениями соседних дифференциальных каскадов были не меньшими напряжения переключения дифференциального каскада. Через открытые транзисторы 10 протекают токи 3 генераторов тока, определяемые сопротивлениями резисторов 13. Эти токи создают на резисторах 9 падения напряжениями.Я которые недостаточны для отпирания транзисторов 16. В силу малости начальных токов транзисторов можно считать коллекторные токи транзисторов 16, а следовательно, и коллекторные токи транзисторов 14 и 15, равными нулю. Таким образом, на всех выводах многоустойчивого компаратора при Ц)= 0 будут нулевые уровйи.Это состояние не изменится до тех пор, пока О не превысит значение Убп. Ток генеРатоРа 7 пеРвого кас. када ЭЭ начнет перераспределяться между транзисторами 10 и 11. Через коллекторный резистор 9 первого каскада в этом случае протекает ток Ъ 1,5 1 , что вызывает падение напряжения на нем, достаточное для отпирания транзистора 16 первого каска да. На его нагрузочном резисторе 17 создается падение напряжения, которое воспринимается как "1". На выходах устройства при Ц 00устанавливается код 10000, Аналогично при превышении входным напряжением уровня 0код на выходах устройства изменяется на .01000, который сохраняется до тех .пор, пока 0 - 0 олз.Действительно, с повышением . напряжения 07 00 увеличивается и.падение напряжения йа общем коллекторном резисторе 9 второго и третьего каскада, поскольку растет коллекторный ток транзистора второго каскада 11, При достижении этим током максимального значения Эгх=г напряжение на резисторе 9 0 = Ещ г К 9 не изменяется до тех пор, пока не начнет открываться транзистор 11 третьего каскада. Так как ток генератора г= Эг , при 0-в 0 д, начинает перераспределяться между транзисторами 10 и 11 третьего каскада; то умень" шение коллекторного тока транзистора 10 приводит к уменьшению падения напряжения на общем резисторе 9 второго и третьего каскада. Однако до тех пор, пока 0 х Ф 0 ащ коллекторный ток транзистора 15 третьего каскада остается меньшим коллекторного тока транзистора 10, напряжение 0остается более отрицательным, чем в остальных каскадах и код 010000 на выходах устройства сохраняется.Как только входное напряжение 0 упревысит значение 0 ол, напряжение на базе транзистора 16 третьего каскада 04 становится более отриЪцательным чем на базе транзистора 16 соседнего второго каскада Таким образом, изменение величинывходного напряжения компаратора приводит к изменению позиции "единицы".35 на выходах устройства. Она будетпоявляться:на выходе того -гокаскада, для которого в данный моментвыполняется условие 0 ол Ох - 0 олОм)Выбором соответствующего напряже О ния смещения + Е устраняется режимнасыщения транзисторов 14-16, Таккак все транзисторы устройства работают в активном режиме, то повышает-,ся быстродействие устройства. Необ ходимая величина максимального коллекторного тока транзисторов 14 устанавливается с помощью генератора 4тока, благодаря чему исключается необходимость в токоограничивающих резисторах и повышается чувствительность компаратора.Нагрузка также не оказывает влияния на чувствительность устройства,так как нагрузочные резисторы включены в коллекторные цепи транзис торов 15 и их сопротивления не ска-,зываются на режиме работы транзисторов каскадов и глубине регенеративной обратной связи. Отсутствие высокоомных токоограничивающих реэисто ров упрощает также реализацию устройства в интегральном исполнении.Облегчается согласование многоустойчивого компаратора напряженияс другими устройствами, поскольку 65 его выходные сигналы представляют сом 90 вз=и РгфЭка Ж 9 где Э,3 - коллекторные токи транзисторов 10, 11 соответ-.ственно,и происходит триггерное переключение компаратора в новое устойчивое состояние 00100. Триггерное переключение устройства обеспечивается регенеративной обратной связью, действующей между соседними каскадами.Поскольку эмиттеры транзисторов 16 всех каскадов 3 объединены и подключены к общему генератору 4 тока, то приотпирание одного иэ этих транзисторов автоматически приводит в подэапиранию остальных. Приотпирание транзистора 16 третьего каскада при 0Ъ 0 оз приводит к появлению кол-.3лекторного тока, который поровну перераспределяется между транзисторами 14 и 15. Отпирание транзистора 15 приводит к появлению напряжения на третьем выходе компаратора, а появление коллекторного тока транзистора 14 третьего каскада приводит к уменьшению тока генератора второго каскада 1 гЬ так как часть тока, ус-. танавливаемая токозадающим реэистором 13, начинает ответвляться в коллекторную цепь транзистора 14.Уменьшение Эг приводит к повышению напряжения 0,г, а следовательно,к еще большому зайиранию транзистора 16 второго каскада. Транзисторы16 остальных каскадов надежно заперты, так как напряжения на их базах 0 д= Ещ Ку значительно выше,чем напряжения 06О. Е,53 Й 9,10 Подзапираиие тразистора 16 второгокаскада ведет к еще большему отпиранию транзистора 16 третьего каскада, а следовательно, к еще большемуросту коллекторного тока транзисто 35 ра 14 и т,д. Развивается регенеративный процесс, приводящий к скачкообразному переключению схемы в сос,тояние 00100 из состояния 01000,В новом устойчивом состоянии, про 2 О должающемся до тех пор, пока0 л " о 0 ол, весь ток генератора 142.протекает через транзистор 16 третьего каскада и делится между транзисторами 14 и 15 пополам. Ток тран 25 зистора 15, протекая через нагрузочный резистор 17, создает на нем па"дение нацряжения, воспринимаемоекак ф 1 ф, а коллекторный ток транзистора 14 удерживает соседний каскадЗО с меньшим опорным напряжением Ц, с 0в состоянии ф 0",993466 8 Формула изобретения 7бой однополярные 1 положительные импул сы, амплитуду которых (уровень фединицы") можно устанавливать путем изменения сопротивления резисторов. Работоспособность предлагаемого устройства, в отличие от известного многоустойчивого компаратора, не нарушается даже при нулевых значениях сопротивления нагрузки. Многоустойчивый компаратор напря- жения, содержащий О. входных дифференциальных .каскадов на транзисторах, базы которых соответственно подключены к источнику входного напряжения и источнику опорных напряжений, коллекторы транзисторов соседних каскадов попарно объединены и подключены через коллекторные резисторы к шине первого источника напряжения, а эмиттеры транзисторов" каждого каскада через транзисторный генератор тока и токостабилизирующий резистор соединены с шиной второго источника напряжения, базы транзисторов всех генераторов тока подключены к третьему источнику напряжения, источник смещения, транзисторы,и резисторы, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности сравнения. в него введены Л, выходных ь. дифференциальных каскадов на тран. зисторах противоположной проводимости транзисторам входных дифференциальных каскадов с общим источником тока, причем базы транзисто 5 ров выходных дифференциальных каскадов подключены к источнику смещения,а коллекторы транзисторов первогоплеча соответственно подключены квыходным шинам устройства и через10 нагруэочные резисторы к общей шине,коллекторы транзисторов второго плеча выходных дифференциальных каскадов соответственно подключены к общей точке токостабилизирующего реэис 5 тора и транзисторного генератора тока предыдущего входного дифференциального каскада, а эмиттеры транзисторов каждого выходного дифференциального,каскада соответственно соединены через переход коллектор-эмит-20тер транзистора и общий для всехвыходных дифференциальных каскадовисточник тока с шиной первого источника напряжения, а базы транзисторовсоответственно соединены с объединенными коллекторами транзистороввходного дифференциального каскада.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЗо 9 773568, кл. С 05 В 1/01, 23;10.80,2. Авторское свидетельство СССР9 660226, кл, Н 03 К 5/24 30.04.79.ВНИИПИ иал ППП каз 507/76 Тираж 934 Подписноеенто,г.Ужгород,ул.Проектная,4