коммутирующее устройство

Формула изобретения

КОММУТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО , содеpжащее m фазных шин, к каждой из котоpых подключены в чеpедующемся поpядке n/m ячеек, каждая из котоpых содеpжит однонапpавленный полупpоводниковый элемент с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением и конденсатоp, пеpвый вывод котоpого подключен к общей шине, а полупpоводниковые элементы с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением связаны между собой последовательно по возбуждению, пpичем одни из выводов указанных элементов объединены, отличающееся тем, что, с целью pасшиpения функциональных возможностей устpойства, объединенные выводы полупpоводниковых элементов с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением подключены к общей шине устpойства, втоpой вывод полупpоводникового элемента с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением каждой ячейки соединен с соответствующей фазной шиной чеpез нагpузочный pезистоp, в каждую ячейку введены дополнительный полупpоводниковый элемент с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением и диод, пеpвый вывод котоpого в каждой ячейке связан с пеpвой шиной питания чеpез дополнительный нагpузочный pезистоp, втоpой вывод диода в каждой ячейке соединен с втоpым выводом конденсатоpа и пеpвым выводом дополнительного полупpоводникового элемента с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением, упpавляющий вывод котоpого подключен к упpавляющей шине, втоpые выводы дополнительных полупpоводниковых элементов с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением подключены ко втоpой шине питания, а в каждой ячейке дополнительный полупpоводниковый элемент с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением связан по возбуждению с полупpоводниковым элементом с отpицательным диффеpенциальным сопpотивлением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для коммутации электролюминесцентных излучателей, возбуждаемых знакопеременным напряжением.

Известно коммутирующее устройство с самосканированием, использующее в качестве ключевых элементов полупроводниковую структуру с вольт-амперной характеристикой (ВАХ) S-типа с положительной обратной связью между элементами, каждая из которых последовательно соединена с конденсатором и подключена к источнику переменного напряжения [1] .

Недостатками такого коммутирующего устройства являются трудность управления скоростью распространения возбуждения, невозможность обеспечения реверсивной работы и коммутации конденсаторов, возбуждаемых знакопеременным напряжением.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является коммутирующее устройство, содержащее m фазных шин, к каждой из которых подключены в чередующемся порядке n/m ячеек, причем каждая ячейка содержит полупроводниковый элемент (ПЭ) с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС), резистор и конденсатор, первый вывод которого соединен с первыми выводами резистора и ПЭ с ОДС, а второй вывод - с общей шиной устройства, при этом вторые выводы ПЭ с ОДС всех ячеек соединены с дополнительной питающей шиной, второй вывод резистора каждой ячейки соединен с соответствующей фазной шиной, а ПЭ с ОДС выполнены связанными между собой последовательно по возбуждению [2] .

Недостатком этого коммутирующего устройства являются узкие функциональные возможности, обусловленные необходимостью многократного обращения к возбуждаемым ячейкам в процессе циклического сканирования по цепи коммутирующих элементов. Такой режим работы ограничивает время коммутации емкостных нагрузок и предъявляет жесткие требования к быстродействию схем управления.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет введения функции запоминания и обеспечения произвольного выбора комбинации возбуждаемых конденсаторов, регулировки времени их коммутации и раздельной регулировки амплитуды питающих напряжений независимо от амплитудно-временных характеристик фазного напряжения, обеспечивающего сканирование.

Цель достигается тем, что в коммутирующем устройстве, содержащем m фазных шин, к каждой из которых подключены в чередующемся порядке n/m ячеек, причем каждая ячейка содержит ПЭ с ОДС и конденсатор, первый вывод которого подключен к общей шине, а ПЭ с ОДС связаны между собой последовательно по возбуждению, их первые выводы объединены, согласно изобретению первые выводы ПЭ с ОДС подключены к общей шине, второй вывод ПЭ с ОДС каждой ячейки соединен с соответствующей фазной шиной, с каждой из которых последовательно включен нагрузочный резистор, в каждую ячейку введены дополнительный ПЭ с ОДС и диод, первый вывод которого в каждой ячейке связан с первой питающей шиной, последовательно с которой включен дополнительный нагрузочный резистор, второй вывод диода в каждой ячейке соединен с вторым выводом конденсатора и первым выводом дополнительного ПЭ с ОДС, управляющий вывод которого связан с управляющей шиной, вторые выводы дополнительных ПЭ с ОДС подключены к второй питающей шине, а в каждой ячейке дополнительный ПЭ с ОДС связан по возбуждению с ПЭ с ОДС.

В известных технических решениях введение в каждую из n ячеек коммутирующего устройства дополнительного ПЭ с ОДС и диода, первый вывод которого в каждой ячейке связан с первой питающей шиной, последовательно с которой включен дополнительный нагрузочный резистор, причем второй вывод диода в каждой ячейке соединен с вторым выводом конденсатора и первым выводом дополнительного ПЭ с ОДС, управляющий вывод которого связан с управляющей шиной, вторые выводы дополнительных ПЭ с ОДС подключены к второй питающей шине, а в каждой ячейке дополнительный ПЭ с ОДС связан по возбуждению с ПЭ с ОДС, первый вывод которого в каждой ячейке подключен к общей шине, а второй вывод ПЭ с ОДС каждой ячейки соединен с соответствующей фазной шиной, с каждой из которых последовательно включен нагрузочный резистор, не обнаружено, в связи с чем предложенное решение обладает существенными отличиями. При этом расширение функциональных возможностей устройства достигается за счет введения функции запоминания, обусловленной режимом непрерывной коммутации возбуждаемых емкостных нагрузок в цепь знакопеременного напряжения после их однократного сканирования, а также обеспечения произвольного выбора комбинации возбуждаемых конденсаторов, регулировки времени их коммутации и раздельной регулировки амплитуды питающих напряжений независимо от амплитудно-временных характеристик фазного напряжения, обусловленных наличием управляющей шины и использованием отдельных питающих шин.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предложенного коммутирующего устройства при m = 3, n = 6; на фиг. 2 и 3 приведены ВАХ ПЭ с ОДС и дополнительного ПЭ с ОДС соответственно и положение линии нагрузки; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Коммутирующее устройство (фиг. 1) содержит в каждой из n ячеек ПЭ 1 с ОДС, конденсатор 2, дополнительный ПЭ 3 с ОДС и диод 4. Первые выводы ПЭ 1 с ОДС и конденсаторов 2 объединены общей шиной 5, вторые выводы ПЭ 1 с ОДС в чередующемся порядке подключены к соответствующей фазной шине 6, 7, 8, с каждой из которых последовательно включен нагрузочный резистор 9, а ПЭ 1 с ОДС связаны между собой последовательно по возбуждению. Первый вывод дополнительного ПЭ 3 с ОДС в каждой ячейке соединен с вторым выводом конденсатора 2 и вторым выводом диода 4, первый вывод которого в каждой ячейке связан с первой питающей шиной 10, последовательно с которой включен дополнительный нагрузочный резистор 11. Управляющие выводы дополнительных ПЭ 3 с ОДС объединены в управляющую шину 12, вторые выводы дополнительных ПЭ 3 с ОДС подключены к второй питающей шине 13, а в каждой ячейке дополнительный ПЭ 3 с ОДС связан по возбуждению с ПЭ 1 с ОДС. Вход 14 запуска служит для подачи импульсов запуска.

Коммутирующее устройство работает следующим образом.

В устройстве ПЭ 1 с ОДС связаны между собой последовательно по возбуждению. Связь может быть любой известной, например объемной плазменной в полупроводниковой линейке элементов с ОДС по общему слою (см. , например, Володин Е. Б. и др. Функциональные логические модули на S-элементах. Микроэлектроника, 1974, т. 5, вып. 2, с. 127-129). Механизм действия объемной плазменной связи заключается в том, что при включении одного из ПЭ 1 с ОДС в общем базовом слое появляются токи возбуждения, служащие токами управления для соседних невключенных ПЭ 1 с ОДС.

В каждой ячейке дополнительный ПЭ 3 с ОДС связан по возбуждению с ПЭ 1 с ОДС. Связь может быть, например, оптоэлектронной на основе линейки ПЭ 1 с ОДС, излучающих в инфракрасной области, и фоточувствительных дополнительных ПЭ 3 с ОДС (см. , например, Гонтарь В. М. и др. Электролюминесцентный переключатель. Электронная промышленность, 1973, N 6, с. 82-83) или схемотехнической на основе включенного диода между управляющим электродом ПЭ 1 с ОДС и дополнительным управляющим электродом дополнительного ПЭ 3 с ОДС (см. , например, Лямичев И. Я. Устройства отображения информации с плоскими экранами. - М. : Радио и связь, 1983, с. 66-68).

Работу коммутирующего устройства проиллюстрируем на примере возбуждения конденсаторов второй и четвертой ячеек (фиг. 4).

В исходном состоянии ПЭ 1 с ОДС и дополнительные ПЭ 3 с ОДС всех ячеек выключены за счет выбора амплитуды напряжения питания Е₆, Е₇, Е₈, сопротивления резисторов 9 и соответственно Е₁₀, Е₁₃, сопротивления резистора 11 таким образом, что линия нагрузки (фиг. 2, 3) пересекает ВАХ ПЭ 1 с ОДС в трех точках (а, б, в), ВАХ дополнительного ПЭ 3 с ОДС - в трех точках (а, б, в) при сумме амплитуд импульсов питания Е₁₀, Е₁₃ и в одной точке (на высокоомной ветви ВАХ) при действии только напряжения E₁₃. Конденсатор 2 каждой ячейки заряжается через диод 4 импульсом Е₁₀ до напряжения - U_c E₁₀ (фиг. 4).

После подачи на вход 14 запуска импульса запуска Uзап ВАХ ПЭ 1 с ОДС первой ячейки дефоpмируется (см. пунктирную линию на фиг. 2), ПЭ 1 с ОДС включается на время действия напряжения Е₆. Протекающий через включенный ПЭ 1 с ОДС ток создает импульс возбуждения, который распространяется как в сторону ПЭ 1 с ОДС второй ячейки, так и в направлении дополнительного ПЭ 3 с ОДС первой ячейки, деформируя ВАХ обоих элементов до положения, с одной стороны, достаточного для включения ПЭ 1 с ОДС второй ячейки при появлении напряжения питания Е₇, и, с другой стороны, недостаточного для включения дополнительного ПЭ 3 с ОДС первой ячейки, который может включиться только при подаче на управляющую шину 12 импульса управления U_упр и действии суммарного напряжения Е₁₀ + Е₁₃.

При включении ПЭ 1 с ОДС второй ячейки после подачи напряжения питания Е₇ за счет передачи возбуждения дополнительному ПЭ 3 с ОДС второй ячейки и одновременной подачи на управляющую шину 12 импульса управления U_упр дополнительный ПЭ 3 с ОДС включается и конденсатор 2 второй ячейки перезаряжается до напряжения +U_c Е₁₃ (фиг. 4). По окончании импульса Е₁₃ дополнительный ПЭ 3 с ОДС второй ячейки выключается и конденсатор 2 вновь перезаряжается импульсом Е₁₀ до напряжения -U_c E₁₀. Так как интервал между последовательными импульсами Е₁₃ выбран меньше времени полного восстановления напряжения переключения дополнительного ПЭ 3 с ОДС, то при поступлении следующего импульса Е₁₃ дополнительный ПЭ 3 с ОДС второй ячейки вновь включается за счет пониженного (из-за неполного восстановления) напряжения переключения и конденсатор 2 вновь перезаряжается до напряжения +U_c E₁₃ (фиг. 4). При снятии импульса управления U_упр и дальнейшем сканировании импульса возбуждения по цепи ПЭ 1 с ОДС синхронно с импульсами фазного напряжения Е₆, Е₇, Е₈ конденсатор 2 второй ячейки продолжает находиться в режиме коммутации в отсутствие управляющего воздействия за счет устойчивого включенного состояния дополнительного ПЭ 3 с ОДС второй ячейки, т. е. выполнена функция запоминания. Принцип возбуждения конденсатора 2 четвертой ячейки аналогичен. Включенные дополнительные ПЭ 3 с ОДС не оказывают влияния на работу ПЭ 1 с ОДС в силу однонаправленного характера связи дополнительного ПЭ 3 с ОДС с ПЭ 1 с ОДС.

Запись информации, выполняемая импульсом управления U_упр и выражающаяся в возбуждении комбинации конденсатора 2 знакопеременным напряжением, производится за один цикл сканирования по цепи ПЭ 1 с ОДС, по окончании которого для дальнейшей работы устройства достаточно только напряжений Е₁₀ и Е₁₃. В пределах одного цикла сканирования по цепи ПЭ 1 с ОДС возможно производить реверсивный режим записи, осуществляя реверс сканирования за счет выбора последовательности подачи фазного напряжения на соответствующие фазные шины при m 3.

Стирание информации, выражающееся в выключении возбужденных ячеек, производится снятием напряжений Е₁₃ и(или) Е₁₀ или путем подачи на управляющую шину 12 запирающего импульса противоположной импульсу управления U_упр полярности.

Запись новой информации производится в следующем цикле сканирования с первой ячейки.

Операции записи и стирания информации позволяют произвольно выбрать комбинации возбуждаемых конденсаторов и регулировать время их коммутации независимо от амплитудно-временных характеристик фазного напряжения Е₆, Е₇, Е₈.

Раздельная регулировка амплитуды питающих напряжений Е₁₀ и Е₁₂ независимо от амплитуды фазного напряжения Е₆, Е₇, Е8 выполняется за счет использования отдельных питающих шин 10 и 13. Такой режим позволяет "развязывать" цепь сканирования, выполненную на ПЭ 1 с ОДС, от цепи коммутации, выполненной на дополнительных ПЭ 3 с ОДС. Форма импульсов Е₁₀ и Е₁₃ может быть любой, причем на шину 10 может подаваться постоянное напряжение отрицательной полярности.

Таким образом, благодаря введению дополнительных ПЭ с ОДС, связанных по возбуждению с ПЭ с ОДС одноименных ячеек, использованию управляющей шины и отдельных питающих шин обеспечиваются введение функции запоминания, произвольный выбор комбинации возбуждаемых конденсаторов, регулировка времени их коммутации и раздельная регулировка амплитуды питающих напряжений независимо от амплитудно-временных характеристик фазного напряжения, что ведет к значительному расширению функциональных возможностей устройства. Так, в экспериментально исследованном макете коммутирующее устройство, состоящее из десяти ячеек, выполнено на основе интегральной линейки объемно-связанных тиристоров (цепочка ПЭ 1 с ОДС), в качестве дополнительных ПЭ 3 с ОДС использовались тиристорные оптроны АОУ103В, светодиоды которых соединены последовательно с ПЭ 1 с ОДС одноименной ячейки, обусловливая связь по возбуждению. Коммутирующее устройство работало в режиме трехфазного напряжения питания (m = 3). В процессе исследования было подтверждено выполнение функции запоминания, обеспечена возможность произвольного выбора комбинации возбуждаемых конденсаторов, регулировки времени их коммутации и раздельной регулировки амплитуды питающих напряжений независимо от амплитудно-временных характеристик фазного напряжения, что позволило значительно расширить функциональные возможности устройства. (56) Авторское свидетельство СССР N 285114, кл. G 01 R 31/32, 1970.

Авторское свидетельство СССР N 1352639, кл. H 03 K 17/00, 1987.