SU801249A1

SU801249A1 - Electronic switching device

Info

Publication number: SU801249A1
Application number: SU792705592A
Authority: SU
Inventors: Игорь Михайлович Хейфец; Владимир Львович Монастырский; Сергей Артаваздович Мусаелян; Виктор Григорьевич Павлов; Сергей Вячеславович Цветков
Original assignee: Предприятие П/Я А-7956
Priority date: 1979-01-04
Filing date: 1979-01-04
Publication date: 1981-01-30

Description

Изобретение относится к импульс;ной технике и может быть использова но, например, в модуляторах импульсно-кодовой модуляции в качестве дискретизатора.The invention relates to a pulse technique and can be used, for example, in pulse-code modulation modulators as a sampler.

Известен электронный коммутатор, содержащий ключевую схему, конденсатор и согласующие усилители [11 .Known electronic switch containing a key circuit, a capacitor and matching amplifiers [11.

Это устройство имеет недостаточное быстродействие и невысокую точность .This device has poor performance and low accuracy.

Известен электронный комиутатор, содержащий операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен накопительный конденсатор, к выходу операционного усилителя подключен один вывод масшшт^бного резистора, другой вывод которого соединен с выводом токоза^ дающего резистора [2] .Known electronic commutator containing an operational amplifier, between the output and the inverting input of which a storage capacitor is connected, one output of a scale resistor is connected to the output of the operational amplifier, the other output of which is connected to the output of a current-carrying resistor [2].

Однако его динамические и точностные характеристики оказываются по ряду причин также неудовлетворительньв4и.However, its dynamic and accuracy characteristics are also unsatisfactory for several reasons.

Цель изобретения - повышение быстродействия и уменьшение погрешности коммутации.The purpose of the invention is to increase speed and reduce switching error.

Поставленная цель достигается тем, что в электронный коммутатор, содержащий операционный усилитель, между выходом и инвертирующим входом которого включен накопительный конденсатор, к выходу операционного уси< лителя подключен один вывод масштаб^э ного резистора, другой вывод которое го соединен с выводом токозадающего резистора, введены две пары транзисторов противоположных типов проводи.* мости, два генератора тока и два ключевых элемента, причем выходы первого генератора тока и первого ключевого элемента соединены между собой и с эмиттерами транзисторов типа р-п-р, выходы второго генератора то15 ка и второго ключевого элемента соединены между собой и с эмиттерами транзисторов типа п-р-п,баэы первой пары транзисторов противоположных типов проводимости соединены с объе20 диненными выводами токозадающего и .The goal is achieved in that the electronic switch comprising an operational amplifier, between the output and the inverting input of which includes a storage capacitor, to the output of the operational Wuxi <divisor connected one terminal out ^e Nogo resistor, the other terminal of which the first is connected to the terminal voltage driving resistor, the two introduced pairs of transistors of opposite types of conductivity. * bridges, two current generators and two key elements, and the outputs of the first current generator and the first key element are interconnected and with em tterami transistor type p-n-p outputs of the second generator to15 ka and the second key member are interconnected and the emitters of the transistors of the n-p-n, baey first pair of transistors of opposite conductivity types connected to the union of obe20 terminals and voltage driving.

масштабного резисторов, коллекторы второй пары транзисторов подключены ником смещения.large-scale resistors, the collectors of the second pair of transistors are connected by a bias nickname.

На чертеже приведен электронный коммутатор, электрическая схема. Электронный коммутатор 'содержит/ 30 операционный усилитель 1, между к инвертирующему входу операционного усилителя, а базы - к неинвертирующему входу, который соединен с источ25 выходом и инвертирующим входом кото-, рого включен накопительный конденсатор 2, к выходу операционного усилителя 1 подключен один вывод масштабного резистора 3, другой вывод которого соединен с одним из выводов токозадающего резистора 4 и базами транзисторов 5 и 6, образующих первую пару транзисторов противоположных типов проводимостей, а коллекторы транзисторов 5 и 6 подключены к соответствующим источникам питающего напряжения. Коллекторы транзисторов 7 и 8, образующих вторую пару транзисторов противоположных типов проводимостей, подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 15 1, а базы транзисторов 7 и 8 - к его неинвертирующему входу, который соединен с источником напряжения смещения. Эмиттеры транзисторов 5 и 7 типа р-п-р соединены между собой и ' 20 подключены к выходам первого генератора 9 тока и первого ключевого элемента 10, выполненного, например, на транзисторе типа р-п-р. Эмиттеры - транзисторов 6 и 8 типа п-р-п сое- 25 динены между собой и подключены к выходам второго генератора 11 тока и. второго ключевого элемента 12, выпол ненного, например, на транзисторе типа п-р-п.The drawing shows an electronic switch, electrical circuit. The electronic switch 'contains / 30 operational amplifier 1, between the inverting input of the operational amplifier, and the base - to the non-inverting input, which is connected to the source25 output and the inverting input of which the storage capacitor 2 is turned on, one large-scale output is connected to the output of the operational amplifier 1 resistor 3, the other terminal of which is connected to one of the terminals of the current-setting resistor 4 and the bases of transistors 5 and 6, forming the first pair of transistors of opposite types of conductivities, and the collectors of transistors 5 and 6 connected to appropriate power sources. The collectors of transistors 7 and 8, forming a second pair of transistors of opposite types of conductivities, are connected to the inverting input of the operational amplifier 15 1, and the bases of transistors 7 and 8 are connected to its non-inverting input, which is connected to a bias voltage source. The emitters of transistors 5 and 7 of the rpn type are interconnected and '20 are connected to the outputs of the first current generator 9 and the first key element 10, made, for example, on a rppr transistor. The emitters of transistors 6 and 8 of the p-p-p type are connected to each other and connected to the outputs of the second current generator 11 and. the second key element 12, made, for example, on a transistor of the type rpn.

Электронный коммутатор работает следующим образом.The electronic switch operates as follows.

На входы ключевых элементов 10 и 12 подается импульсный дифференциальный сигнал, которым может быть сигнал с противофазных выходов элемента эмиттерно связанной логики. На вход смещения подается напряжениеThe inputs of the key elements 10 and 12 are supplied with a pulsed differential signal, which can be a signal from the antiphase outputs of an element of emitter-coupled logic. The bias input is energized.

Е_см, равное по величине синфазному уровню входного сигнала, управляю- _ftщего ключевыми элементами 10 и 12.E _cm, equal in magnitude in-phase input signal level upravlyayu- _ft present key elements 10 and 12.

Во время выборки на вход ключевого элемента 1Q подается напряжение положительной полярности относительно пог· тенциала смещения Е_см , а на вход ключевого элемента 12 напряжение 45 отрицательной полярности относительно потенциала Е™. При этом ключевые. элементы 10 и 12,например транзисто-. ры, запираются.Транзисторы 5 и 7 образуют дифференциальный каскад, пос- 50 ледовательно с выходом которого включается выход второго дифференциального каскада, образованного из транзисторов 6 и 8. Оба этих каскада работают параллельно и каждый из них 55 является активной динамической нагрузкой для другого. В результате транзисторы 5-8 во время выборки работают 'как усилитель, который управляет напряжениемна накопительном конденсаторе 2 таким образом, что это 60 напряжение равно напряжению на масштабном резисторе 3, последнее, в свою очередь, определяется входным током устройства, протекающим через токоэадающий резистор 4. Следователь- 65 но, во время выборки предлагаемое устройство является масштабным усилителем. На время хранения напряжения на накопительном конденсаторе 2 полярности напряжений на управляющих входах ключевых элементов 10 и 12 относительно потенциала смещения е_смизменяются на противоположные. Транзисторы ключевых элементов 10 и 12 отпираются, а транзисторы 5-8 запираются, и выходное напряжение устройства поддерживается неизменным, поскольку заряд на накопительном конденсаторе 2 может изменяться только при наличии коллекторных токов транзисторов 7 и 8.During sampling, the input of the key element 1Q is supplied with a voltage of positive polarity with respect to the displacement potential E _cm , and the input of the key element 12 is supplied with a voltage 45 of negative polarity with respect to the potential E ™. At the same time, the key ones. elements 10 and 12, for example transisto. The transistors 5 and 7 form a differential cascade, followed by the output of which the output of the second differential cascade formed from transistors 6 and 8 is turned on. Both of these cascades operate in parallel and each of them 55 is an active dynamic load for the other. As a result, transistors 5-8 during sampling operate as an amplifier that controls the voltage on the storage capacitor 2 in such a way that this voltage 60 is equal to the voltage on the scale resistor 3, the latter, in turn, is determined by the input current of the device flowing through the current-carrying resistor 4 The investigator is 65 but, during the sampling, the proposed device is a large-scale amplifier. During the storage of the voltage at the storage capacitor, the 2 polarities of the voltages at the control inputs of the key elements 10 and 12 with respect to the bias potential e _{cm are} reversed. The transistors of the key elements 10 and 12 are unlocked, and the transistors 5-8 are locked, and the output voltage of the device is maintained unchanged, since the charge on the storage capacitor 2 can only change if the collector currents of the transistors 7 and 8 are present.

Выходное сопротивление транзисторов 7 и 8, работающих по схеме с общей базой, весьма велико как во время выборки, так и во время хранения напряжения на накопительном конденсаторе. Поэтому глубина обратной связи, охватывающей операционный усилитель через накопительный конденсатор, остается неизменной как во время выборки, так и во время хранения. Это позволяет увеличить частоту среза устройства, то есть повысить быстродействие устройства. Скорость нарастания выходного напряжения и граничная частота предлагаемого устройства не связаны с величинами сопротивлений масштабного и токозадающего резисторов 3 и 4 и с величиной сопротивления ключевых элементов 10 и 12 в открытом состоянии, а определяются значениями токов, вырабатываемых генераторами тока 9 и 11. Это позволяет устранить динамические и статические погрешности, обусловленные влиянием остаточных параметров ключа в открытом состоянии, а также уменьшить погрешности, связанные с выходным сопротивлением операционного усилителя. В результате улучшаются точность и быстродействие электронного коммутатора.Вследствие высокоомности коллекторных цепей транзисторов 7 и 8 устраняется дополнительный полюс из частотной характеристики устройства, что позволяет избежать колебательный переходной процесс при изменении состояния устройства, то есть уменьшить.апертурное время. Транзисторы 5-8 образуют сбалансированный мост, уменьшающий паразитное прохождение коммутирующего напряжения. Таким образом, устраняются паразитный ток смещения и помехи на выходе устройства^ благодаря чему повышается точность. Кроме того, отстутствие разряда накопительного конденсатора 2 обратными 'токами транзисторов, поскольку напряжение на переходах база-коллектор транзисторов 7 и 8 поддерживается равным напряжению смещения операционного усилителя 1, то есть практически близким к нулю,уменьшает спад напря5 жения на накопительном конденсатореThe output impedance of transistors 7 and 8, operating according to the scheme with a common base, is very large both during sampling and during storage of voltage at the storage capacitor. Therefore, the depth of feedback, covering the operational amplifier through the storage capacitor, remains unchanged both during sampling and during storage. This allows you to increase the cutoff frequency of the device, that is, to increase the speed of the device. The slew rate of the output voltage and the cutoff frequency of the proposed device are not related to the resistances of the large-scale and current-setting resistors 3 and 4 and to the resistance of the key elements 10 and 12 in the open state, but are determined by the values of the currents generated by the current generators 9 and 11. This eliminates the dynamic and static errors due to the influence of the residual parameters of the key in the open state, as well as reduce errors associated with the output impedance of the operating antenna litel. As a result, the accuracy and speed of the electronic switch are improved. Due to the high resistance of the collector circuits of transistors 7 and 8, an additional pole is eliminated from the frequency response of the device, which avoids the oscillatory transient process when the device status changes, that is, reduce the aperture time. Transistors 5-8 form a balanced bridge, reducing the stray passage of switching voltage. Thus, the stray bias current and interference at the output of the device are eliminated ^ thereby increasing accuracy. In addition, the absence of a discharge of the storage capacitor 2 by the reverse transistor currents, since the voltage at the base-collector junctions of the transistors 7 and 8 is maintained equal to the bias voltage of the operational amplifier 1, i.e., almost close to zero, reduces the voltage drop across the storage capacitor

2, базовые токи транзисторов 5 и 6/ компенсируют друг друга, что дает возможность получить высокую точность преобразования устройства во время выборки, для переключения устройства » требуется небольшая величина перепада ^Эуправляющего напряжения, что дает возможность непосредственно согласовывать управляющие входы схемы с выходами эмиттерно связанной логики и . ._βполучить предельно высокое быстродействие.2, the base currents of transistors 5 and 6 / cancel each other out, which makes it possible to obtain high accuracy of the device conversion during sampling, to switch the device "a small value of the differential voltage ^{E of the} control voltage is required, which makes it possible to directly coordinate the control inputs of the circuit with the outputs of emitter-coupled logic and. . _β get extremely high performance.

Необходимо отметить, что в качестве ключевых элементов 10 и 12, кроме транзисторов, могут использоваться и другие элементы, например, диоды 15It should be noted that as key elements 10 and 12, in addition to transistors, other elements can be used, for example, diodes 15

Шоттки, что может оказаться выгодным для некоторых случаев.Schottky, which may be beneficial in some cases.

Claims

The input and inverting input of which includes a storage capacitor 2, one output of the scale resistor 3 is connected to the output of the operational amplifier 1, the other output of which is connected to one of the terminals of the current-supplying resistor 4 and the bases of transistors 5 and b, which form the first pair of transistors of opposite conductivity types, and the collectors the transistors 5 and b are connected to the corresponding power supply sources. The collectors of transistors 7 and 8, which form the second pair of transistors of opposite conductivity types, are connected to the inverting input of operational amplifier 1, and the bases of transistors 7 and 8 to its non-inverting input, which is connected to a bias voltage source. The emitters of transistors 5 and 7 of the pp type are interconnected and connected to the outputs of the first current generator 9 and the first key element 10, made, for example, on a pnp type transistor. The emitters of transistors 6 and 8 of the npp type are interconnected and connected to the outputs of the second current generator 11 and the second key element 12, performed, for example, on a type transistor. Electronic switch works as follows. The inputs of the key elements 10 and 12 are supplied with a pulsed differential signal, which can be a signal from the antiphase outputs of the emitter-coupled logic element. The bias input is supplied with a voltage E (, f, equal to the in-phase level of the input signal controlling the key elements 10 and 12. During the sampling, the input of the key element 1Q is supplied with a positive polarity relative to the bias potential E (. | | , and the input of the key element 12 is the negative polarity voltage relative to the potential. The key elements 10 and 12, for example, the transistors are locked. Transistors 5 and 7 form a differential cascade, the output of which includes the output of the second differential A potential stage formed from transistors 6 and 8. Both of these stages are parallel and each of them is an active dynamic load for the other. As a result, transistors 5-8 operate as an amplifier that controls the voltage on accumulator to capacitor 2 in such a way that this voltage is equal to the voltage on scale resistor 3, the latter, in turn, is determined by the input current of the device that flows through the current-setting resistor 4. Consequently, during sampling the proposed device This is a large scale amplifier. During the storage time of the voltage on the storage capacitor 2, the polarities of the voltages at the control inputs of the key elements 10 and 12 with respect to the bias potential of the ECM are reversed. The transistors of the key elements 10 and 12 are unlocked, and the transistors 5-8 are locked, and the output voltage of the device is kept constant, since the charge on the storage capacitor 2 can change only if there are collector currents of the transistors 7 and 8. operating under a common base scheme is very large both during the sampling and during storage of the voltage on the storage capacitor. Therefore, the depth of the feedback covering the operational amplifier through the storage capacitor remains unchanged both during sampling and during storage. This makes it possible to increase the cut-off frequency of the device, i.e., increase the speed of the device. The slew rate of the output voltage and the cut-off frequency of the proposed device are not related to the resistance values of the scale and current setting resistors 3 and 4 and the resistance value of the key elements 10 and 12 in the open state, but are determined by the values of currents produced by current generators 9 and 11 This eliminates the dynamic and cT91tic errors due to the influence of the residual key parameters in the open state, as well as reduces the errors associated with the output impedance of the operating system. amplifier. As a result, the accuracy and speed of the electronic switch is improved. Due to the high resistance of the collector circuits of transistors 7 and 8, an additional pole is eliminated from the device’s frequency response, which avoids an oscillatory transient process when the state of the device changes, that is, reduces the aperture time. Transistors 5-8 form a balanced bridge that reduces the parasitic passage of switching voltage to the switch. In this way, the parasitic bias current and the noise at the output of the device are eliminated, thereby increasing accuracy. In addition, the absence of the discharge of the storage capacitor 2 by the transistor current currents, since the voltage at the base-collector junction of transistor 7 and 8 is maintained equal to the bias voltage of the operational amplifier 1, i.e. almost close to zero, reduces the voltage drop across the storage capacitor 2 , the base currents of the transistors 5 and 6 compensate each other, which makes it possible to obtain a high accuracy of the device conversion during sampling, a small amount of differential is required for switching the device channeling guide voltage, which enables to directly control que coordinate inputs of the circuit with emitter output and associated logic to receive extremely high speed. It should be noted that other elements besides transistors may be used as key elements 10 and 12, for example Schottky diodes, which may be beneficial in some cases. Claim of an invention An electronic switch containing an operational amplifier between the output and the inverting input of which is on storage capacitor to the output of the operational amplifier is connected one output of the large-scale resistor, the other output of which is connected to the output of the current-carrying resistor, from that to the purpose increase the speed and reduce commutation error; two pairs of transistors of opposite conduction types, two current generators and two key elements are introduced, the outputs of the first current generator and the first key element are connected to the emitters of transistors of the ppn type, the outputs of the second current generator and the second key element are interconnected and with the emitters of transistors of the pnp type base of the first pair of transistors of opposite types of conductivity are connected to the combined leads its and large-scale resistors / collectors of the second pair of transistors are connected to the inverting input of the operational amplifier, and the bazak to the non-curved input, which is connected to the bias source. Sources of information taken into account in the examination 1. Balakay c. G. et al. Integrated Circuits for Analog-Digital and Digital-Analog Converters, M., Energie, 1972, p. 173, fig. 4.14.

2. Shilo V. L. Linear integrals, circuits. M., Soviet Radio, 1974, p. 261, fig. 8,12a (prototype).

oHZZ}

d-ai.

+

fcH