Многоразрядное коммутирующее устройство

О П И С А И И Е (и),799139ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоциалистическиереспублик(51)М. Кл. Н 03 К 17/56 Н ОЗ К 17/16 с присоединением заявки М -1 веударетвееный квинтет СССР в делам веебретеввй н втерытвй(53) УД К 621. 374(088 8) Опубликовано 23,01.81Бюллетень И 3 Дата опубликования описания 30.01.81,Московский ордена Трудового Красного Знамени электротехнический институт связи( 54) М НОГОРАЗРЯДНОЕ КОМ Изобретение относится к автоматике,импульсной и вычислительной технике и;может быть использовано для коммутациипройэвольного сочетания нагрузок по,заданной программе,Известны многоразрядные коммутирую- фщие устройства, содержащие в каждомразряде тиристор, включенный последовательно с резистором между шиной .питания и общей шиной, цепи включениятиристоров и цепи связи между разрядами 1Наличие конденсаторов сравнительнобольшой емкости в цепях связи в данныхустройствах практически не позволяетреализовать . "их в интегральном виде, тфчто существенно ограничивает областьприменения устройств.Наиболее близким по техническойсущности, к предлагаемому является также многоразрядноекоммутирующее устройство, содержащее в каждом разрядепервый тиристор, включенный,последова,тельно с первым токоэадающим элеменМУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО й Л Т.6 Й Ф,лф,12 ,"ФеЯ Я том - резистором и диодом между шиной питания и первой шиной, и второй тиристор, включенный ,последовательно с вторым токозадающим элементом и диодом между шиной питания и второй шиной, точка соединения каждого токо- задающего элемента и диода через диод соединена с управляющим электродом следующего тиристора, на первую и вторую шины в противофазе подаются импульсы соответствующей амплитуды и полярности 2 1.Недостаток указанного устройства заключается в том, что остаточное напряжение на выходах, связанных с общей шиной, оказывается сравнительно большим, поскольку оно равно падению напряжения на диоде плюс уровень 0" на, соответственно, первой или,второй шине, что составляет около 1 В при выполнении устройства коммутации данных шин на ТТЛ ИС. Этот, недостаток .затрудняет стыковку известного устройства ТТЛ ИС и вызывает другие нежеПервые катоды тиристоров 1:1 - 1 Ьчерез цепи смещения первых элементов41 - 41 фиксации тока и диоды 5 1 -3. 5:И соединены с базами транзисторов,61 - 6 И, коллекторы которых соединены с выходными шинами 7 1 - 7а эмиттеры - с первой шиной 8, которая является общейАноды вторых тири 49 сторов 9 а 1 - 9 И через токозадающиеэлементы 10 .1 - 10соединены с шиной 3 питания, первые катоды вторыхтиристаров 91 - 9- через цепи смещения вторых элементов 111 - 11а 5, фиксации тока соединены с второй шиной 12.Вторые катоды тиристоров 11 - 1 у и 9190 соединены с управляющими электродами тиристоров 9:1 - 9 И и 1:1 -- 1 ЫЪ Аноды тиристоров 1 Д - 1 адии9 Оа 1 - 19 йй соединены с входами прий ема тока элементов фиксации тока 11-"1 - 11 ф и 41 - 4 П соответственно.Каждый разряд устройства содержит дваэлемента фиксации тока, диод и транзися- МДля обеспечения работы устройствауровень О на шине 12 должен бытьменьше падения напряжения на одном р-ипереходе, а нагрузочная способносзь ге 3 799 аательные эффекты, характерные для ком.мутирующих устройств. с высоким остаточным напряжением.Целью изобретения является уменьшение остаточного напряжения на выходах.Указанная цель достигается тем, что в многоразрядное коммутирующее устройство, содержащее в каждом разряде первый тиристор, включенный последовательно с первым токозадаюшим элементом и диодом между шиной питания и первой шиной, и второй тиристор, включенный последовательно с вторым токозадающим элементом между шиной питания и второй шиной, в каждый разряд дополнительновведены два элемента, фиксации тока с диодной цепью смещения и транзистор, эмиттер которого соединен с первой ши-. ной, коллектор соединен с выходной шиной, база через цепь смещения первого элемента фиксации .тока соединена с первым катодом первого тиристора, вход первого элемента фиксации тока соединен с анодом второго тиристора предыдущего по направлению переключения разряда, анод первого тиристора через первый токозадающий элемент соединен с шинойпитания, второй катод соединен с управляющим электродом второго тиристора, анод которого через второй токозадающий элемент соединен с шиной питания, первы катод соединен с второй шиной через цець смещения второго элемента фиксации тока, вход которого соединен с анодом первого тиристора, второй катод второго тиристора соединен с управляющим электродом первого тиристора следующего по направлению переключения разряда, а первая шина является общей.Кроме того, устройство может быть модифицировано дополнительным введением первого управляющего устройства, содержащего первый транзистор, эмитувр которого соединен с первой шиной, коллектор соединен с второй шиной и через первый резистор соединен с шиной питания, база соединена с коллектором второго транзистора, база которого через второйрезистор соединена с шиной питания, а эмиттер соединен с входной шиной; доцолнительным введением второго управляющего устройства, содержащего первы транзистор, эмиттер которого соединен с шиной питания, коллектор через первый резистор соединен с управляющим электродом первого тиристсра первого разр да, база через второй резистор соединена с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с первой шиной, база через третий резистор сое 139 4динена с первой шиной и через диодсоединена с коллектором третьего транзистора, база которого через четвертый резистор соединена с шиной питания, а эмиттер - с информационной шиной; дополнительным введением в каждый разряд третьего элемента фиксациитока с целью диодного смешения, цепьюсмещения которого является эмиттерныйпереход транзистора, база и коллекторкоторого дополнительно соединены междусобой.В одном из вариантов элемент фиксации тока с целью диодного смешения содержит первый и второй транзисторы,эмиттеры и базы которых соединены, база первого транзистора соединена с егоколлектором, а токозадающий элементвыполнен в виде генератора тока.36На фиг. 1 изображен основной вариантпредлагаемого устройства; на фиг, 2 -модифицированный вариант,Многоразрядное коммутирующее устройство (см.фиг. 1) содержит первыетиристоры 1:1 - 1 И, где - количес 2%тво разрядов, аноды которых через токозадающие элементы 2:1 - 2=И соедине -иы с шиной 3 питания. В качестве токозадающих элементов могут использоваться генераторы тока или, в простейшемслучае, резисторы.Допустим, в исходном состоянии всетиристоры 1 1 - 1:И и 9=1 - 9 М выключены, на всех выходных шинах 7:1 - 7:в этом случае высокий потенциал, При 5поступлении импульса на информационную шину 33 включаются транзисторы 28и 25 управляющего устройства 24 иколлекторный ток транзистора 25 начинает протекать через управляющий элек трод тиристора 1 1, в результате чеготиристор 1:1 включается. В результатевключения тиристора 1:1 через эмиттерный лереход транзистора 6:1 протекаетток от токозадающего элемента 2:1, и ф 10:О, транзистор 6:1 входит насыщение соединяет выходную шину 7 1 сшиной 8. Напряжение:на выходной шине7-1 при этом составляет около 0,3 В(шина 8 находится под нулевым потенциалом).20При поступлении импульса на тактовуюшину 19 включается транзистор 14 управляющего устройства 13, и на шине 12устанавливается потенциал около 0,3 В.В резульатте этого анодный ток включенного тиристора 1:1 перераспределяетгся в его второй катод, поскольку падениенапряжения в цепи: управляющий электродпервый катод тиристора 91 - цепьдиодного смещения элемента. 11=1 фикЗф сации тока (эмиттерный переход транзистора 23:1 - коллектор - эмиттер насыщенного транзистора 14(0,7 В Ф 0,7 В +, Ф 0,3 В"-1,7 В) оказывается меньшимпадения напряжения в цепи: эмиттерный З 5 переход транзистора 211 - диод 5 1 -40 45 50 55 5 799нератора тактовых импульсов, подсоединяемого к шине 12, должна быть ростаточной для коммутации суммарного тока,протекающего через тиристоры 9:1 - 9=6Чтобы не накладывать ограничений навыполнение тактового . генератора всхему введено первое управляющее устройство 13, которое может быть выполнено, например, в виде ТТЛ инвертора,содержащего транзистор 14, коллекторкоторого соединен с шиной 12, эмиттерсоединен с шиной 8, база через резистор 15 соединена с шиной 8 и черездиод 16 соединена с коллектором транзистора 17 база которого через резистор 18 соединена с шиной 3 питания, аэмиттер - с тактовой шиной 19,Элементы 4:1 - 4=И, 11=1 - 11 сВфиксации тока с диодным смешением впростейшем случае могут быть выполнены по конфигурации "зеркала тока, со,стоящего из транзисторов 20=1, 20=120:И 21 И 22:1, 23 д 1 - 22 дэИ23-И. Другие схемы элементов фиксациитока с диодным смещением также могут использоваться в предлагаемом устройстве. Ток, протечаюший в токоприемнойцепи элементов 4-1 - 4 И фиксации токадолжен быть равен или несколько превышать ток в цепи смещения, Входнаяинформация может подаваться в последовательном или параллельном коде, Впервом случае код информации долженпоступать на управляющий электрод тиристора 1=-1 синхронно с тактовыми импульсами. Во втором случае информационныйкод должен подаваться на управляющиеэлектроды всех тиристоров 1 в 1 - 1 е 1 одновременно. Уровень логической "1" информационных импульсов должен превышатьнапряжение на 4 - х р-и переходах, т.е,около 2 8 В, Для .снижения, требованийк источнику информационных импульсовв устройство может быть введено второеуправляющее устройство 24., содержащеенапример, транзистор 25, эмиттер которого соединен с шиной 3 питания, коллектор через резистор 26 соединен суправляющим электродом тиристора 1-1,а база через резистор 27 соединенас коллектором транзистора 28, эмиттеркоторого соединен с шиной, 8, база черезрезистор 29 соединена с шиной 8 и через диод 30 - с коллектором транзистора31, база которого через резистор 32соединена с шиной 3 питания, а эмиттер -с информационной шиной 33.Работа многоразрядного коммутирующего устройства заключается в следующем,139 6 эмиттерный переход транзистора 6 1(0,7 В+0,7 В+0,7 В 2,1 В). Прохождение тока через цепь смещения элемента111 фиксации тока приводит к тому,что часть тока токозадающего элемента 2=1 начинает ответвляться в коллектортранзистора 22:1, являющегося входомэлемента 11:1 фиксации тока, Это всвою очередь приводит к уменьшению токачерез управляющий электрод тиристора,.:9:1, цепь смещения элемента 11:1 фиксации тока и, соответственно, к уменьшению тока токозадающего элемента 21,ответвляющегося в коллектор транзистора22=1. В результате указанных конкурирующих процессов ответвляющийся вколлектор транзистора 22:1 ток устанавливается на уровне, несколько превышаю-щем анодный ток тиристора 1:1 (соотношение токов задается отношениемплощадей эмиттеров транзисторов 22=1и 23 1, как указывалось ранее, пло-.щадь эмиттера транзистора 22:1 выби51 О15 7 799рается несколько большей площади эмиттера транзистора 23 ы 1. П "раметры токозадающего элемента 2 1 выбираютсятаким образом, чтобы задаваемый имток более чем в 2 раза превосходилток включения тиристора 9-1, чтообеспечивает включение тиристора 9 - 1под воздействием проходящего через егоуправляющий электрод тока.После включения тиристора 9-1 черезцепь смещения элемента 11:=1 фиксациитока начинает проходить ток токозадающего элемента 10=1. Учитывая, что параметры токозадающих элементов 2 110=1 одинаковые, а величина фиксирующего тока в элементе фиксации токанесколько больше тока в его цепи смещения, весь ток токозадающего элемента2=1 ответвляется в коллектор транзистора 221=1. Ток через тиристор 11уменьшается до нуля и он выключается,ток через эмиттерный переход транзистора 6=1 прекращается и на выходнойшине 7=1 устанавливается высокий потенциал. По окончании импульса на так.товой шине 19 транзистор 14 управляющего устройства 13 выключается, ипотенциал на шине 12 повышается . Врезультате этого анодный ток тиристора9=1 перераспределяется в его второйкатод, связанный с управляющим электродом тиристора 1=2. Далее, в соответствии с описанным выше механизмом происходит включение тиристора 1=2и выключение тиристора 9=-1. После включения тиристора 9=1 через эмиттерныйпереход транзистора 6=2 проходит токот токозадающих элементов 10-1, 2-2,транзистор 6=2 входит в насыщение, ина выходной шине 7=2 устанавливаетсянизкий потенциал.Таким образом, поступление одноготактового импульса на шину 19 обеспечивает сдвиг включенного состояния вустройстве на один разряд. Аналогичнымобразом, при поступлении на информационный вход 33 р-разрядного кода, а навход 19 =и, тактовых импульсов, в многоразрядном коммутирующем устройствеможет быть включена произвольная комбинация разрядов,Модифицированный вариант многоразрядного коммутирующего устройства (см. фиг. 2) отличается от описанного выше основного элемента фиксации тока 34 й 1 34=1, цепью смещения которых служат эмиттерные переходы транзисторов 6 а 1 - 6=И В . таком варианте многоразрядное коммутирующее устройство может 139 8 служить для обеспечения заданного тока в коммутируемых шинах.При выборе соотношения площадей эмиттеров транзисторов 6-1 - 6- , пропорционального соответствующей степени двойки, и наличии дополнительного суммирующено устройства на выходе, модифицированный вариант предлагаемого многоразрядного коммутирующего устройства может выполнять функции цифроаналогового преобразователя.Очевидно также, что при введении в каждый разряд устройства дополнительного тиристора и дополнительного элемента фиксации тока многоразрядное коммутирующее устройство может быть сделано реверсивным. формула изобретения 1. Многоразрядное коммутирующееустройство, содержащее в каждом разряде первый тиристор, включенный 25последовательно с первым токозадающим.элементом и диодом между шиной питанияи первой шиной, и второй тиристор, включенный последовательно с вторым токозадающим элементом между шиной питания и второй шиной, о т л и ч а ю - 30 .щ е е с я тем, что, с целью уменьшенияостаточного напряжения На выходах, вкаждый разряд дополнительно введеныдва элемента фиксации тока с диоднойцепью смещения и транзистор, эмиттер 55 которого соединен с первой шиной, кол-.лектор соединен с выходной шиной, базачерез цепь смещения первого элементафиксации тока соединения с первым катодом первого тиристора, вход первого ф элемента фиксации тока соединен с анодом второго тиристора предыдущего понаправлению переключения разряда, анодпервого тиристора через первый токозадающий элемент соединен с шиной пита ния, второй катод соединен с управляющим .электродом второго тиристора, анод которого через второй токозадающий элемент соединенс шиной питания, первыйкатод соединен с второй шиной через 5 й цепь смещения второго элемента фиксации тока 1 вход которого соединен с ано., -дом первого тиристора, второй катодвторого тиристора соединен с управляющимэлектродом первого тиристора следующего по направлению переключенияразряда; а первая шина является общей,Л 2. Устройство по п, 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что дополнительно ввеИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Горохов В, А.и,й,едрин М, Б. Тиристоры в импульсных схемах. М., "Сов,радио", 1972, с. 268, рис. 9.5.2, Авторское свидетельство СССРй 373877 кл. Н 03 К 17/56, 1970(прототип),9 78913 дено первое управляющее устройство, содержащее первый транзистор, эмиттер которого соединен с первой шиной, коллектор соединен с второй шиной и через первый резистор соединен с шиной питания, база соединена с коллектором второго транзистора, база которого через второй резистор соединена с шиной питания, а эмиттер соединен с входной шиной. 163. Устройство по п, Х, о т л и ч а; ю щ е е с я тем, что дополнительно; введено второе управляющее устройство, содержащее первый транзистор, эмиттер которого соединен с шиной питания, кол- д лектор через первый резистор соединен с управляющим электродом первого тиристора первого разряда, база через второй резистор соединена с коллектором второго транзистора, эмиттер которого соединен с первой шиной, база через третий резистор соединена с первой шиной и через диод соединена с коллектором третьего транзистора, база которого через четвертый резистор соединена с шиной р питания, а эмиттер - с информационной шиной. 8 104. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в каждый разряд дополнительно введен третий элемент фиксации тока с диодным смешением, цепью Смещения которого является эмит .терный переход.транзистора, база и коллектор которого дополнительно соединены между собой.5. Устройство по пп. 1 и 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что элемент фиксации тока с диодным смещением содержит первый и второй транзисторы, эмиттеры и базы которых соединены, база первого транзистора соединена с его коллектором.6. Устройство по п. 1, о т л и ч а - ю щ в е с я тем, что токозадающий элемент выполнен в виде генератора тока.