Электронный переключатель с тремя состояниями на выходе

Полезная модель относится к коммутационной технике с цифровым управлением и может быть использована в различных зарядно-разрядных устройствах, мостовых схемах управлении колебательным и реверсивным электроприводом, в конденсаторно-трансформаторных схемах формирования коротких, в том числе - высоковольтных, импульсов, и в других устройствах автоматики. Задачей является получение возможности переводить мощный комплементарный эмиттерный повторитель в третье состояние, т.е. отключать его выход от шин питания и управления, при минимально возможном усложнении схемы. Для этого электронный переключатель с тремя состояниями на выходе, имеющий входную сигнальную, выходную и две шины питания, между которыми включен эмиттерный повторитель на комплементарной паре (п-р-п и р-п-р) транзисторов «Дарлингтона» (составных транзисторов), эмиттеры которых подключены к выходной шине, снабжен двумя резисторами и двумя запираемыми ключами без инверсии или с инверсией сигнала, сигнальные входы которых объединены и подключены ко входной сигнальной шине, входы управления также объединены и подключены к дополнительно введенной входной шине управления третьим состоянием переключателя, а выходы ключей подключены к разделенным базам транзисторов, причем, между базой п-р-п транзистора и общей шиной включен первый резистор, а между базой р-п-р транзистора и шиной питания включен второй резистор.

Полезная модель относится к коммутационной технике с цифровым управлением и может быть использована в различных зарядно-разрядных устройствах, в мостовых схемах управления колебательным и реверсивным электроприводом, в конденсаторно-трансформаторных схемах формирования коротких, в том числе - высоковольтных, импульсов и других устройствах автоматики.

Известны электронные переключатели с тремя состояниями на выходе (смотри, например: О.Н. Партала, «Цифровые КМОП микросхемы», «Наука и техника», С.-Петербург, 2001 г., стр. 263-264). Недостатками таких переключателей являются:

небольшой коммутируемый ток (всего до 3,5 мА) и сложность для реализации в дискретном исполнении. Известны также ключи-элементы передачи с выключаемым выходом (смотри, например: Р. Мелен, Г. Гарланд «Интегральные микросхемы с КМОП структурами», Москва, «Энергия», 1979 г., стр. 81-83, рис. 4-8.). У этих элементов также весьма мал коммутируемый ими ток.

Наиболее близким по параметрам является электронный переключатель, содержащий входную, выходную и две шины питания, между которыми включен эмиттерный повторитель на комплементарной паре (п-р-п и р-п-р) транзисторов (смотри, например: Клод Галле «Полезные советы по разработке и отладке электронных схем», «ДМК», Москва, 2003 г., стр. 106-107, рис. 2.67), эмиттера которых подключены к выходной шине. К недостаткам такого переключателя относится отсутствие возможности выключать такой переключатель, т.е. переводить его в третье состояние, когда его выходная шина изолирована от шин питания и входов большим сопротивлением запертых транзисторов.

Задачей является получение возможности переводить мощный комплементарный эмиттерный повторитель в третье состояние, т.е. отключать его выход от шин питания и управления, при минимально возможном усложнении схемы.

Для этого электронный переключатель с тремя состояниями на выходе, имеющий входную сигнальную, выходную и две шины питания, между которыми включен эмиттерный повторитель на комплементарной паре (п-р-п и р-п-р) транзисторов «Дарлингтона» (составных транзисторов), эмиттеры которых подключены к выходной шине, снабжен двумя резисторами и двумя запираемыми ключами без инверсии или с инверсией сигнала, сигнальные входы которых объединены и подключены ко входной сигнальной шине, входы управления также

объединены и подключены к дополнительно введенной входной шине управления третьим состоянием переключателя, а выходы ключей подключены к разделенным базам транзисторов, причем, между базой п-р-п транзистора и общей шиной включен первый резистор, а между базой р-п-р транзистора и шиной питания включен второй резистор.

На фигурах 1 и 2 приведены два варианта схемной реализации электронных переключателей, а в таблицах 1 и 2 - виды цифровых сигналов на входных и выходной шине этих переключателей, соответственно. На чертежах и в таблицах приняты следующие обозначения:

1 - п-р-п транзистор «Дарлингтона»;

2 - р-п-р транзистор «Дарлингтона»;

3 - выходная шина;

4 - шина положительного относительно общей шины питании;

5 - первый резистор;

6 - второй резистор;

7 - первый инвертор;

8 - второй инвертор;

9 - сигнальная входная шина;

10 - входная шина управления третьим состоянием переключателя;

11 - первый ключ (аналоговый);

12 - второй ключ (аналоговый);

ИЗ, И9, И10 - цифровые сигнала («О» или «I») на соответствующей шине (3, 9, 10);

X - безразличный вид сигнала на сигнальной шине 9;

Z - третье состояние переключателя, когда выходная шина 3 изолирована от шин питания и входов управления большим сопротивлением закрытых транзисторов 1 и 2;

D - сигнальные входы инверторов 1 и 8 и ключей 11 и 12;

Е - входы управления включением-выключением инверторов 7 и 8 и ключей 11 и 12.

Схемное построение обоих переключателей однотипно. Здесь комплементарная пара транзисторов 1 и 2 последовательно соединена и общей точкой объединенных эмиттеров подключена к выходной шине 3. Коллектора транзисторов 1 и 2 подключены, соответственно, к плюсовой шине питания 4 и общей шине. Между базой транзистора 1 и общей шиной включен первый 5 резистор, а между базой транзистора 2 и плюсовой шиной 4 включен второй б резистор. Дополнительно к базам транзисторов 1 и 2 подключены выходы, соответственно, инверторов 7 и 8 или ключей 11 и 12. Сигнальные входы «D» инверторов 7 и 8, как и такие же входы ключей 11 и 12, объединены и подключены ко входной сигнальной шине 9, а входы

управления включением-выключением «Е» инверторов 7 и 8, как и ключей 11 и 12, также объединены и подключены к шине управления третьим состоянием переключателя 10.

Если подать (смотри табл. 1) «нулевой» сигнал на шину управления 10, то инвертора 7 и 8 будут инвертировать сигналы, поданные на сигнальную шину 9, а эмиттеральный повторитель на транзисторах 1 и 2 передавать с большим усилением по току эти сигналы на выходную шину 3.

Если подать «единичный» сигнал на шину управления 10, то инвертора 7 и 8 перейдут в третье состояние, база транзистора 1 через первый 5 резистор окажется под «нулевым» потенциалом, а база транзистора 2 через второй б резистор окажется под «единичным» потенциалом. В результате оба транзистора 1 и 2 окажутся запертыми, а выходная шина 3 - изолированной от шин питания 4 и общей и ото всех входов.

Аналогично работает и переключатель по фиг. 2, с той лишь разницей, что он не инвертирует входной сигнал, поданный на входную сигнальную шину 9, а в третье состояние переключатель переводится подачей «нулевого» сигнала на шину управления 10, в то время как при подаче «единичного» сигнала на эту шину переключатель передает с большим усилением по току входной сигнал с шины 9 на выходную шину 3 без изменения формы и полярности.

Особенностью переключателя по фиг. 2 является то, что, вследствие применения в нем аналоговых ключей 11 и 12, он может переключать не только цифровые, но и аналоговые сигналы, а если коллектор транзистора 2 неестественно, ключи 11 и 12 подключить к отрицательной шине второго источника питания, а сигнал подавать на шину 9 относительно общей шины и снимать с выходной шины 3 также относительно общей шины, то таким переключателем можно коммутировать с усилением биполярные аналоговые сигналы.

Реализуемость этих переключателей с тремя состояниями на выходе очевидна.

Электронный переключатель с тремя состояниями на выходе, содержащий входную сигнальную, выходную и две шины питания, между которыми включен эмиттеральный повторитель на комплементарной паре (n-p-n и p-n-p) транзисторов "Дарлингтона" (составных транзисторов), эмиттеры которых подключены к выходной шине, отличающийся тем, что он снабжен двум резисторами и двумя запираемыми ключами без инверсии или с инверсией сигнала, сигнальные входы которых объединены и подключены ко входной сигнальной шине, входы управления также объединены и подключены к дополнительно введенной входной шине управления третьим состоянием переключателя, а выходы ключей подключены к разделенным базам транзисторов, причем между базой n-p-n транзистора и общей шиной включен первый резистор, а между базой p-n-p транзистора и шиной питания включен второй резистор.