183699. lajstromszámú szabadalom • Nagysebességű háromállapotú kapcsolóáramköri elrendezés
1 183 699 2 A találmány nagysebességű, háromállapotú kapcsolóáramköri elrendezésre vonatkozik, amely leginkább digitális áramkör mérő és vizsgáló automaták pinelektronikájának részeként alkalmazható, és feszültségszintek, főként — programozott — logikai Un és 5 Ui feszültségszint vezérlés szerinti kapcsolására, valamint „szakadt” állapot megvalósítására alkalmas. A találmány szerinti kapcsolóáramköri elrendezésnek vezérelt áramgenerátorai és kapcsolandó feszültségszint bemenetei, valamint kapcsolandó feszültségszint 10 bemenetenként kapcsolói vannak. Háromállapotú kapcsolóáramkörök kialakítására ismertek az olyan megoldások, amelyek két, egymással azonos felépítésű Graetz kapcsolásban elrendezett diódanégyest alkalmaznak, és az egyes diódanégyesek 15 bemenetére kapcsolt — logikai — feszültséget a diódanégyeseken átfolyó ram ellenütemű be- és kikapcsolásával kapcsolják a kimenetre, míg harmadik állapotot a két diódanégyes egyidejű kikapcsolásával valósítják meg. Ilyen megoldásokat a 2240971. és 20 1 591 999. Ijsz. NSZK-bcli valamint a 2 179 242. Ijsz. francia szabadalmi leírások ismertetnek. Az áramkörök előnyeként értékelhető a tranziensmentes harmadik állapotba kapcsolás, de hátrányosságuk a logikai szintek kapcsolásánál föllépő túllövés, amit a kapcso- 25 lódiódák vezetésmodulációja okoz. így szigorúbb igényeknek eleget tevő, főként nagyobb sebességű kapcsolóáramkörök csak igen költséges diódákkal alakíthatók ki, s ekkor is csak kompromisszumokkal. Az ilyen áramkörök további hátrányossága a vezérléstől 30 függetlenül jelentős disszipáció, amely integrált áramkör mérő és vizsgáló automaták esetében alkalmazási korlátot képez. A háromállapotú kapcsolóáramköri megoldások másik csoportját azok képezik, amelyek kétállapotú 35 kapcsolóáramkört és soros — harmadik — leginkább tranzisztoros kapcsolót alkalmaznak. A kétállapotú kapcsolóáramkörrel a soros kapcsoló zárt állapota mellett a vezérléstől függően a határozott feszültségszinteket kapcsolják, míg a harmadik 40 állapotot a soros kapcsoló kikapcsolásával idézik elő. Ilyen megoldású kapcsolóáramköröket alkalmaznak a Fáirchild cég (USA) SENTRY VIL, SENTRY VIII. típusú integrált áramkör mérőautomatáiban. Az ilyen megoldású áramkörök hátrányossága az 45 áramkör nagy kimeneti impedanciája ami a soros kapcsoló ellenállásának és a jelvezeték impedanciájának összege. Ez a soros kapcsolónak a jel felhasználási helye közelében való elhelyezése esetén is meglehetősen nagy érték, kb. 60—70 ohm, ami a terhelőkapa- 50 citások értékét figyelembe véve a maximális kimeneti jelmeredekséget korlátozza. Az egyes állapotokba kapcsolást a soros kapcsolót megvalósító tranzisztor véges vezérlőelektróda — főelektróda kapacitása és a kimeneti ellenállás miatt a kapcsolandó feszültség- 55 szintektől függően viszonylag lassan, és csak jelentős tranziensekkel lehet megvalósítani. Egy jellemző tranziens adata a harmadik állapotba kapcsolás tranziensének nagysága, amely 12,5 pF és 10 Mohm terhelés mellett 800 mV. További hátrányosságként találtuk, 60 hogy a kétállapotú kapcsolóáramkör feszültséggenerátoros kimenetű, és rövidzár védelemmel nem rendelkezik, ami következtében hosszabb ideig tartó rövidzár esetén az áramkör meghibásodhat. A mérendő eszközök fejlődése, a mérési idő csökkentése, a felső határfrekvenciák kitolódása, és a nagybonyolultságú áramkörök kifejlődése feladattá tette, olyan nagysebességű háromállapotú kapcsolóáramkörök kidolgozását, amelyek működése túllövésmentes, a harmadik állapota tranziensmentesen kapcsolnak, a harmadik állapotban alacsony teljesítmény felvételűek, és olcsóbb áramköri elemekkel is kivitelezhetek. igény volt továbbá a kapcsolóáramkör olyan kialakítása, amellyel a kapcsolható feszültségszintek széles tartományban beállíthatók. A fenti igényeknek eleget tevő áramköri elrendezés azon a felismerésen alapul, hogy háromállapotú kapcsoló megvalósítható differenciálerősítő fokozattal, ahol a maga a kapcsoló a differenciálerősítő fokozat kollektorkörében van, állapotait a differenciálerősítő emitterköri áramgenerátorának vezérelhető kialakításával biztosítjuk, és a vezérléshez háromállapotú szintáttevő fokozatot alkalmazunk. A feladat találmány szerinti megoldását nyújtó nagysebességű kapcsolóáramköri elrendezés feszültségszintek, főként — programozott — logikai Uh és Ul feszültségszint vezérlés szerinti kapcsolására, valamint „szakadt” állapot megvalósítására alkalmas. A háromállapotú kapcsolóáramköri elrendezésnek vezérelt áramgenerátorai, kapcsolandó feszültségszint bemenetei, és kapcsolandó feszültségszint bemenetenként kapcsolói vannak. Az áramköri elrendezés lényege, hogy meghajtó jel fogadó fokozata és harmadik állapotba vezérlő jel fogadó fokozata van, ezen fogadó fokozatok szintáttevő fokozaton keresztül emitterkörében az első vezérelt áramgenerátorral és közöstagú, osztott, záróirányú előfeszítő bázisellenállásokkal ellátott első differenciálerősítő, valamint emitterkörében a második vezérelt áramgenerátorral és közöstagú, osztott, záróirányú előfeszítő bázisellenállásokkal ellátott második differenciálerősítő bemenetére vannak kötve, továbbá az első és a második differenciálerősítőnek közös áramgenerátora van, amely közös áremgenerátor differenciálerősítőként ismétlődően egyrészt első diódán keresztül a bázisellenállások közös kapcsára, másrészt az első diódával azonos vezetési irányba bekötött második diódán keresztül a vezérelt áramgenerátor vezérlő bemenetére van kötve, az első differenciálerősítőnek tápfeszültség bemenete az első kapcsolandó feszültségszint bemenet, a második differenciálerősítő tápfeszültség bemenete a második kapcsolandó feszültségszint bemenet, továbbá az első differenciálerősítő kollektorkörében van az első kapcsoló, a második differenciálerősítő kollektorkörében van a második kapcsoló elhelyezve, az első és második kapcsoló tranzisztoros kialakítású, és a tranzisztoraik kollektora egymáshoz csatlakoztatottan az áramköri elrendezés kimenetét képezik. A találmány szerinti háromállapotú kapcsolóáramkör a meghajtó jel fogadó fokozat és a harmadik állapotba vezérlő jel fogadó fokozat vezérlésével működtethető. Mindaddig, amíg a harmadik állapotba kapcsolásra utasító jelet kap, a szintáttevő fokozatot áramgenerátorként működteti. Ennek kimenő árama egyrészt a differenciálerősítők bázisellenállásán keresztülfolyva a differenciálerősítők záróirányú előfeszítését megszünteti, és munkaponti bázisáramot szolgáltat, továbbá a bázisellenállások közös tagján át-2
