SU736376A1

SU736376A1 - Matching device

Info

Publication number: SU736376A1
Application number: SU762413634A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Гончаров
Original assignee: Предприятие П/Я М-5539
Priority date: 1976-10-25
Filing date: 1976-10-25
Publication date: 1980-05-25

Description

II

Изобретение относитс к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматического управлени и контрол .The invention relates to automation and computing and can be used in automatic control and monitoring systems.

Известно согласующее устройство, выполненное на МОП-Транзисторах, позвол ющее согласовать как уровни нап-. р жений, так и высокое выходное сопротивление устройств на МОП-структурах с уровн ми напр жений и низким входным сопротивлением элементов типа ДТЛ и ТТЛ fl.A matching device, made on MOS-transistors, is known, which makes it possible to harmonize the levels as nap. As well as high output impedance devices on MOS structures with voltage levels and low input impedance of DTL and TTL fl.

Однако это устройство может примен тьс только дл согласова)ш схем определенного исполнени с определенными уровн ми и пол рност ми выходных и входных сигналов.However, this device can only be used for matching the schemes of a specific design with certain levels and fields of the output and input signals.

Известно согласующее устройство, содержащее два катодных повторител Known matching device containing two cathode repeater

2,- Оно также не может быть использовано дл согласовани блоков электронной аппаратуры, выполнеш1ых на разных элементах, имеющих разные пол рности .выходных и входных сигналов.2, - It also cannot be used to match electronic units that are performed on different elements having different polarities of the output and input signals.

Целью изобретени вл етс расширение функциональных, возможностей согла« сующего устройства.The aim of the invention is to enhance the functional capabilities of the matching device.

Дл этого в согласующее устройство,, содержащее первый эмиттерный повтори- 1ёль на входе и второй эмиттерный повторитель на выходе, введен усилитель, вход которого через последовательно соединенные диоды, минимальное количество кото10 рых равно единице, подключен к выходу первого эмиттерного повторител , а выход через последовательно соединенные диоды, минимальное количество которых равно единице, подключен к входу второ15 го эмиттерного повторител , шина питани усилител и второра вмиттерного повторител имеет напр жение той жо пол рности , что и .требуема пол рность выходного сигнала, коллектор транзистора To do this, an amplifier containing the first emitter repeater at the input and the second emitter repeater at the output was inserted into the matching device, the input of which through the series-connected diodes, the minimum number of which is equal to one, is connected to the output of the first emitter follower, and the output through the series The connected diodes, the minimum number of which is one, are connected to the input of the second emitter follower, the power supply bus of the amplifier and the second of the receiver repeater has the same voltage The polarity of the output signal, the collector of the transistor

20 первого змиттерного повторител подключен к входу устройства, его база через последовательно соединенные диоды, минимальное количество которых равно еди ,нице, 41 элементы делител напр жени , подключена к входу устройства. На фиг. 1представлена электрическа принципиальна схема согласующего уст ройства; на фиг. 2 - то же, с усилителе другого типа. На вход согласующего устройства (см. фиг. 1) поступают сигналы положи тельной пол рности с уровн ми напр жений 8-12 В, а на его выходе образуютс сигналы отрицательной пол ности с уровн ми напр жений О-О,4 В и 2,7 - 4,5 В. Первый эмиттерный повто ритель выполнен на составном транзистореГсоставленном из транзисторов I и 2 п-р-п типа, коллекторы которьк подключены к входной шине З; база транзистора 2 подключена к эмиттеру транзистора 1, а; база транзистора 1 к катоду диода 4, анод которого поД1спю. чей через резистор 5 к входной шине 3 и через последовательно соединенные резисторы 6 и 7 - к общей шине 8, параллельно резисторам 6 и 7 подключен конденсатор 9, между эмиттером транзистора 2 и общей шиной В подключен резистор 10. Усилитель выполнен на составных транзисторах 11 к 1.2 р-птипа , коллекторы которых соответственно через резисторы 13 и 14 подключены к минусовой шине питани 15, база транзистора 12 подключена к эмиттеру транзистора 11, а эмиттер транзистора 12 через резистор 16 - к общей шине 8. База транзистора 11 подключена через резистор 17 к шине 15, через резистор 18 - к шине 8 и через последор вательно включенные диоды 19 - к эми теру транзистора 2 первого эмиттерного повторител , причем база транзистора 11подключена к катоду одного из последовательно включенных диодов 19, а с эмиттером транзистора 2 соединен анод одного иа диодов 19. Второй эмиттерный повторитель выполнен на составном транзисторе, соста ленном из транзисторов 2О и 21, коллекторы которых подключены к шине 15 эмиттер транзистора 21 подключен к вы ходной шине 22 и через резистор 23 к общей шине 8, а его база подключена к эмиттеру транзистора 20. База транзистора 20 подключена к аноду диода 24, катод которого подключен черед резистор 25, к коллектору транзистора 12усилител , а через резистор 26 к обшей шине 8. 6Л В согласующем устройстве (см. фиг. 2) вывод резистора 26 подключен не к общей шине 8, а к коллектору дополнительно введенного транзистора 27, коллектор которого через резистор 28 подключен также к шине 15, база транзистора 27 подключена через резистор 29 к шине 15, а через резистор 30 к шине 8, эмиттер транзистора 27 через резистор 31 под1шючен к шине 8. Использование усилител этого типа при равенстве резисторов 25 и 26 и токов плеч усилител приводит к взаимной компенсации изменени токов плеч усилител при изменении режима работы устройства. , Устройство работает следующим образом . При поступлении на входную шину 3 сигнала с уровнем напр жени , соответствующим уровню напр жени логического нул , транзисторы 1 и 2 эмиттерно- го повторител на входе должны быть закрыты, а транзисторы 11 и 12 усилител открыты {дл устройства (см. фиг, 2) плечи усилител , содержащие соответственно транзисторы 12 и 27 должны быть в состо нии баланса). Напр жение коллектора открытого транзистора 12 (или разность напр жений коллекторов транзисторов 12 и 27 дл устройства на фиг. 2) должно быть такой величины, чтобы напр жение на выходе согласующего устройства соответствовало уровню напр жени логического нул . При поступлении на входную шину 3 сигнала с уровнем напр жени , соответствующим уровню напр жени логической единицы, транзисторы 1 и 2 эмиттерно- го повторител на входе открываютс , а транзисторы 11 и 12 усилител закрываютс ( в случае одинаковой пол рности входного и выходного сигналов транзисторы 11 и 12 еще сильнее открываютс , что приводит к разбалансу плеч усилител ). Напр жение на выходе согласующего устройства будет соответствовать уровню напр жени логической единицы. В зависимости от пол рности сигнала , поступающего на входную шину 3, мен етс ттш проводимости транзисторов 1 и 2 и пол рность подключени диодов 4, при положительной пол рности входного сигнала транзисторы 1 и 2 п-р-п типа и база транзистора 1 подключена к катоду диода 4, при отрицательной пол рности входного сигнала транзисто- ры i rr 2 р-п-р типа и база транзистора 1 подключена к аноду диода 4. D зависимости от требуемой пол рности выходного сигнала мен етс тип проводимости транзисторов усилител 11 и 12 ( и 27), транзисторов эмит- тарного повторител 20. и 21, пол рность подключени диода 24 и пол рность напр жени шины питани 15, котора должна совпадать с пол рностью выходного сигнала. Если выходной сигнал отрицательный, то усилитель и второй эмиттерный повто ритель выполн ютс на транзисторах р-п- .типа, к базе транзистора 20 подключаетс анод диода 24 если выходной сигнал положительный, то усилитель и второй эмиттерный повторитель вьшолн ютс на транзисторах п-р-п типа, а диод 24 можно в этом случае не использоват так как напр жение открывани перехода эмиттер-база кремниевый п-р-п транзисторов достаточно большое, В результате выполнени первого эмиттерного повторител и усилител на составных транзисторах повышаетс вход ное сопротивление согласующего устройства , выполнение второго эмиттерного повторител на составном транзисторе позвол ет улучшить согласование устройства с нагрузкой, кроме того, уменьшаетс мошность потреблени . Помехозащищенность согласующего уст ройства тем выше, чем выше значение напр жени на конденсаторе 9, при котором происходит открывание транзисторов 1 и 2 и изменение состо ни тран- зисторов 11 и 12, и чем меньше изменение потенциала базы транзистора 11, требуемое дл изменени состо ни тра зисторов 11 и 12. Небольшое измененне потенциала базы транзистора 11 достигаетс выбором режима работы усилител , а повышение напр жени на конденса торе 9, при котором происходит открыва ние транзисторов первого эмиттерного повторител на входе и изменение состо ни транзисторов 11 и 12 усилител достигаетс путем подбора необходимого числа последовательно включенных диодов 4 и 19. При разной пол рности вход ных и выходных сигналов последовательно соединенные диоды 19 подключаютс таким образом, чтобы протекал ток по цепи, шина 15 - резистор 17 - диоды 19 - резистор 10 - обша шина 8, в случае, когда пол рность входных и выходных сигналов совпадает, последсжательно соединенные диоды 19 могут быть подключены и в обратной пол рности. Дл обеспечени динамической помехоустойчивости согласующего устройства служит конденсатор 9. В тех случа х, когда на вход согласующего устройства, выполненного на кремниевых транзисторах , приход т сигналы с частотой f 1 - 1,5 МГц, а на вход согласующего устройства, выполненного на германиевых транзисторах, приход т сигйалы с частотой 20 - ЗО кГц, динамическую помехоустойчивость можно обеспечить подбором транзисторов схем с соответствующей граничной частотой в момент По влени на входе согласующего устройства, в котором приме- н етс конденсатор 9, напр жени , соответствующего уровню напр жени логической единицы, входное сопротивление устройства определ етс номиналом резистора 5, кроме того, наличие резистора 5 предотвращает возникновение колебательного процесса между реактивными элементами линии св зи и конденсатором 9, При задании режима работы усилите- |1 необходимо учитывать следующее. Дл обеспечени напр жени на выходе устройства, соответствующего напр жению логического нул , в случае выполнени усилител на составном транзисторе, составленном из транзисторов 11 и 12, коллектор каждого из транзисторов подключаетс через отдельный резистор к шине питани дл уменьшени потенциала коллектора транзистора 12, кроме того, наличие резистора 13 предотвращает пробой транзистора 11 в случае выхода из стро транзистора 12. Также с целью уменьшени потенциала коллектора транзистора 12 номинал резистора 16 выбираетс таким, чтобы падение напр жени на нем было как можно меньше, например, пор дка 0,1 В, при этом и закрывание транзисторов 11, 12 происходит при уменьшении потенциала базы транзистора 11, примерно на 0,2 В, т. е. обеспечиваетс достаточно высока чувствительность оконечных каскадов устройства . Дл обеспечени напр жени логического нул на выходе используетс также делитель напр жени на резисторах 25 и 26, причем, чем отношение их номиналов больше, тем меньший номинал резистора 26 можно задать и гем легче согласовать его с нагрузкой на выходо второго эмиттерного поЪторител , и тем вьтше ТеьЛературна стабильность схемы. Но с другой стороны, чем меньше отношение номиналов резисторов 25 и 26, меньше изменение потенциала KonjiejtTOpa транзистора 12 при изменени х его состо ни и требуемое : . изменение потенциалов базы транзистора 1 1 дл изменени состо ни транзисторов 11 и 12, т. е. тем выше чувствительность оконечных каскадов устройства20 of the first zmitter repeater is connected to the input of the device, its base through serially connected diodes, the minimum number of which is equal to one, 41, the voltage divider elements connected to the input of the device. FIG. 1 is an electrical schematic diagram of a matching device; in fig. 2 - the same with a different type of amplifier. The input of the matching device (see Fig. 1) receives signals of positive polarity with voltage levels of 8-12 V, and at its output signals of negative polarity are generated with voltage levels of O-O, 4 V and 2, 7 - 4.5 V. The first emitter repeater is made on an integral transistor G composed of transistors I and 2 npn types, collectors of which are connected to the input bus 3; the base of transistor 2 is connected to the emitter of transistor 1, a; the base of the transistor 1 to the cathode of diode 4, the anode of which is P1 1. through a resistor 5 to the input bus 3 and through series-connected resistors 6 and 7 - to the common bus 8, parallel to the resistors 6 and 7 is connected a capacitor 9, a resistor 10 is connected between the emitter of the transistor 2 and the common bus B 1.2 p-types, whose collectors, respectively, through resistors 13 and 14 are connected to minus power bus 15, the base of transistor 12 is connected to the emitter of transistor 11, and the emitter of transistor 12 through resistor 16 is connected to a common bus 8. The base of transistor 11 is connected through resistor 17 to tire e 15, through a resistor 18 to the bus 8 and through successively connected diodes 19 to the emitter of transistor 2 of the first emitter follower, with the base of transistor 11 connected to the cathode of one of the series-connected diodes 19, and the anode of one diode connected to the emitter of transistor 2 19. The second emitter follower is made on a composite transistor composed of transistors 2O and 21, the collectors of which are connected to bus 15 the emitter of transistor 21 is connected to the output bus 22 and through the resistor 23 to the common bus 8, and its base is connected to the emitter at the transistor 20. The base of the transistor 20 is connected to the anode of the diode 24, the cathode of which is connected to the resistor 25, to the collector of the transistor 12 amplifier, and through the resistor 26 to the common bus 8. 6L In matching device (see FIG. 2) the output of the resistor 26 is not connected to the common bus 8, but to the collector of the additionally introduced transistor 27, whose collector is connected via the resistor 28 to the bus 15, the base of the transistor 27 is connected via the resistor 29 to the bus 15, and through the resistor 30, The emitter of the transistor 27 through the resistor 31 is connected to the bus 8. Using an amplifier of this type with equal resistors 25 and 26 and the amplifier arm currents mutually compensates for the change in the amplifier arm currents when the device mode changes. The device works as follows. When a signal arrives at the input bus 3 with a voltage level corresponding to the logic level of logic zero, the transistors 1 and 2 of the emitter follower must be closed at the input, and the transistors 11 and 12 of the amplifier are open {for the device (see Fig. 2) amplifier arms, containing transistors 12 and 27, respectively, must be in the state of balance). The collector voltage of the open transistor 12 (or the difference between the collector voltages of the transistors 12 and 27 for the device in Fig. 2) must be of such a value that the output voltage of the matching device corresponds to the level of the logical zero. When a signal arrives at the input bus 3 with a voltage level corresponding to the voltage level of a logical unit, the transistors 1 and 2 of the emitter follower open and the transistors 11 and 12 of the amplifier close (in the case of the same polarity of the input and output signals, transistors 11 and 12 even more open, which leads to an imbalance of the arms of the booster). The voltage at the output of the matching device will correspond to the voltage level of the logical unit. Depending on the polarity of the signal supplied to the input bus 3, the conductivity of transistors 1 and 2 and the polarity of the diodes 4 vary, and when the input signal is positive, transistors 1 and 2 are of the pn type and the base of transistor 1 is connected to the cathode of diode 4, with a negative polarity of the input signal of the transistor i rr 2 pnp type and the base of transistor 1 is connected to the anode of the diode 4. D depending on the desired polarity of the output signal, the conductivity type of the transistors of the amplifier 11 and 12 varies ( and 27), transistor emittance repeat It is 20 and 21, the polarity of the connection of the diode 24 and the polarity of the voltage of the power supply bus 15, which must coincide with the polarity of the output signal. If the output signal is negative, the amplifier and the second emitter repeater are made on p-type transistors, the anode of the diode 24 is connected to the base of transistor 20; if the output signal is positive, then the amplifier and the second emitter follower are executed on transistors p-p- n type, and the diode 24 can not be used in this case since the opening voltage of the emitter-base junction silicon npp transistors is large enough. As a result of the first emitter follower and amplifier on composite transistors increases the input impedance of the matching device, the implementation of the second emitter follower on the composite transistor allows to improve the matching of the device with the load, in addition, the power consumption is reduced. The interference immunity of the matching device is the higher, the higher the value of the voltage on the capacitor 9, at which the opening of transistors 1 and 2 occurs and the state of transistors 11 and 12 changes, and the smaller the potential change of base transistor 11 of the resistors 11 and 12. A small change in the potential of the base of transistor 11 is achieved by selecting the operating mode of the amplifier, and an increase in the voltage on the capacitor 9, which causes the opening of the transistors of the first emitter follower at the input and change The state of the transistors 11 and 12 of the amplifier is achieved by selecting the required number of series-connected diodes 4 and 19. With different polarity of the input and output signals, the series-connected diodes 19 are connected in such a way that current flows through the circuit, bus 15 - resistor 17 - diodes 19 - resistor 10 - common bus 8; in the case where the polarity of the input and output signals is the same, successively connected diodes 19 can also be connected in the reverse polarity. In order to provide dynamic noise immunity of the matching device, a capacitor 9 is used. In cases where signals with a frequency f 1 are input to the matching device made of silicon transistors, 1.5 MHz, and to the input of the matching device made of germanium transistors, Sigals with a frequency of 20 - 30 kHz arrive, dynamic noise immunity can be provided by selecting transistors of circuits with a corresponding cut-off frequency at the time of the appearance at the input of a matching device, in which the capacitor 9, the voltage corresponding to the voltage level of the logical unit, the input resistance of the device is determined by the resistor 5, in addition, the presence of a resistor 5 prevents the occurrence of an oscillatory process between the reactive elements of the communication line and the capacitor 9 It is necessary to consider the following. To provide a voltage at the output of the device corresponding to a logic zero voltage, if an amplifier is made on a composite transistor composed of transistors 11 and 12, the collector of each of the transistors is connected through a separate resistor to the power bus to reduce the collector potential of transistor 12, in addition the presence of a resistor 13 prevents breakdown of transistor 11 in the event that the transistor 12 fails. Also, in order to reduce the collector potential of transistor 12, the value of resistor 16 is chosen such that the voltage drop across it was as low as possible, for example, on the order of 0.1 V, while the closing of transistors 11, 12 occurs when the base potential of transistor 11 decreases, by about 0.2 V, i.e., it is sufficiently high the sensitivity of the terminal stages of the device. To provide a logical zero voltage at the output, a voltage divider is also used on the resistors 25 and 26, and the higher the ratio of their ratings, the smaller the value of the resistor 26 can be set, and it can be easier to match it to the output of the second emitter factor, and TeLeraturn scheme stability. But on the other hand, the smaller the ratio of the values of the resistors 25 and 26, the smaller the change in the potential KonjiejtTOpa of the transistor 12 when its state changes and the required:. changing the potentials of the base of the transistor 1 1 to change the state of the transistors 11 and 12, i.e., the higher the sensitivity of the terminal stages of the device

Номинал резистора 13 выбираетсг достатошо большим дл уменьшени значени тока коллектора транзистора 11 и следовательно, уменьшени требуемого изменени потенциала его базы, при котором происходит изменение состо ни этого транзистора.The value of the resistor 13 is chosen to be large enough to reduce the collector current value of the transistor 11 and therefore reduce the required change in the potential of its base, at which the state of this transistor changes.

Таким образом, предлагаемое устрой ство может примен тьс дл согласовани схем разного исполнени , с paaiaaMii уровн ми и пол рност ми выходных и входных сигналов. В согласующем устройстве могут использоватьс усилители разных типов.Thus, the proposed device can be used to match the circuits of various designs with the paaiaaMii levels and fields of the output and input signals. Amplifiers of various types can be used in the matching device.

Claims

1. Author's certificate of the USSR 3x 327610, cl. And 03 K 19/00, 197O.

2. USSR author's certificate number 323843, cl. li 03 F 3/60, 1970. -2.7t-4.56