Полупроводниковый ключ Советский патент 1983 года по МПК H03K17/424 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ключ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в радиотехнических устройствах и системах автоматики.

Известен полупроводниковый ключ, содержащий первый и второй Транзисторы t 1.

Указанный полупроводниковый ключ обеспечивает коммутацию тока под воздействием входного сигнала. Однако он имеет большое время нарастания переднего и заднего фронтов выходного импульса на уровне 0,1-0,3 и 0,7-0,9 от амплитудного значения и низкое быстродействие, что исключает его применение для передачи импульсов наносекундной длительности.

. Известен также полупроводниковый ключ, содержащий первый транзистор, база которого подключена к входной клемме и через первый резистор - к общей шине, а коллектор - к катоду диода, второй транзистор, эмиттер которого подключен к аноду диода, а коллектор - к шине источника питания и первому выводу второго резистора С 2 .

Однако известное устройство характеризуется недостаточно высоким быстродействием.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковый ключ, содержащий первый транзистор, база которого подключена к входной клемме и через первый резистор - к общей шине, а коллектор - к катоду диода, второй транзистор, эмиттер которого

10 подключен к аноду диода, а коллектор - к шине источника питания и первому выводу второго резистора, введены два высокочастотных дросселя и третий резистор, при этом первый

На чертеже приведена схема полу25проводникового ключа.

Устройство содержит транзисторы 1 и 2, первый из которых является входным транзистором, а второй - выходным транзистором. Входная клемма

30 соединена через первый резистор 3

с общей цшной устройства, к которой также подключен и эмиттер транзистора 1, а коллектор этого транзистора через последовательно включенные первый высокочастотный дроссель 4 и второй резистор 5 соединен с шиной источника питания. Эмиттер транзистора 2 через диод 6 подключе к коллектору транзистора 1. Катод диода б через второй высокочастотны дроссель 7 и третий резистор 8 соединен с шиной источника питания. База транзистора 2 подключена к точке соединения второго высокочастотного дросселя 7 и третьего резистора 8.

Полупроводниковый ключ работает следующим образом.

При подаче на него напряжения питания и отсутствии входных импульсов транзистор 1 закрыт, так как база его находится под нулевым потенциалом. Транзистор 2 открыт, так как его база имеет более положительный потенциал относительно эмиттера Через нагрузку, подключенную к эмиттеру транзистора 2, будет протекать постоянный ток. В исходном состояни транзистор 2 выполняет функцию эмиттерного повторителя и имеет низкоомный выход, а на транзисторе 1 собран ключ с о.бщим эмиттером. Причем сопротивление перехода коллектор-эмиттер открытого транзистора 2 шунтирует сопротивление коллекторной нагрузки транзистора 1, так как последнее значительно больше по величине сопротивления перехода открытого транзистора 2.

С приходом на вход ключа импульс положительной полярности транзистор 1 ключа открывается, потенциал на его коллекторе становится близким к нулю, при этом потенциал на базе и эмиттере транзистора 2 тоже будет близок k нулю, что приводит к закрыванию транзистора 2. Однако транзистор 2 закрывается с небольшим запаздыванием во времени по отношению к открь1ванию транзистора 1, так как на базу транзистора 2 изменение потенциала поступает через высокочастотный дроссель 7, который задерживает мгновенное изменение состояния транзистора 2, Поэтому вначале подается нулевой потенциал на эмиттер транзистора 2, а затем с небольшим запаздыванием на его базу, что обеспечивается за счет включения в схему ключа высокочастотного дросселя 7 и подключения в обратном Направлении прохождению сигнала развязывающего диода 6 между эмиттером и базовой транзистора 2. В первый момент открытого состояния транзистора 1 его коллекторная нагрузка 5 отключается и подключается только высокочастотный дроссель 4, что способствует

быстрому нарастанию переднего фронта импульса на выходе устройства, расширению его полосы пропускания за счет отключения резистора 5 и увеличению крутизны нарастания переднего фронта выходного импульса на начгшьном уровне 0,1-0,3 его формирования. Транзистор 2 открывается, коллекторная нагрузка 5 подключается к транзистору 1. В этом случае дроссель 4

0 производит высокочастотную коррекцию формирования переднего фронта выход ного импульса выше уровня 0,3, обеспечивая большую крутизну нарастания фронта на верхнем уровне его ампли5 туды. Таким образом, обеспечивается фopIvfflpoвaниe с малым временем нарастания переднего фронта импульса с выхода полупроводникового ключа на наиболее замедленных участках на

л уровнях 0,1-0,3 и 0,7-0,9 от ампли тудного значения. Как только закончится формирование длительности выходного импульса, начнется процесс формирования заднего фронта, который наступает по окончании воздействия входного сигнала. Транзистор 1 закрывается, положительный потенциал на его коллекторе возрастает, а так как развязывающий диод 6 включен в прямом направлении при передаче положительного потенциала между эмиттером и базой транзистора 2, то транзистор 2 откроется значительно раньше, чем закроется транзистор 1. Обычно транзистор закрывается при

5 напряжении между его базой и эмиттером, равным нулю, а открывается при напряжении, равным 0,3-0,5 В, поэтому открывание транзистора 2 произойдет раньше, чем успеет закрыться

0 транзистор 1. При отк ддвании транзистора 2 сопротивление его промежутка коллектор-эмиттер мало, поэтому он шунтирует сопротивление коллекторной нагрузки 5 транзистора 1 и пере5 ключает внешнюю нагрузку ключа с коллектора транзистора 1 на эмиттер транзистора 2, выполняющего функции эмиттерного повторителя. В переходный момент, когда оба транзистора 1 и 2 открыты, полупроводниковый ключ имеет минимальное, выходное сопротивление гораздо меньшее, чем прототип, благодаря чему обеспечивается почти мгновенный заряд паразитной емкости, и тем самым уменьшается время нарас5 тания заднего фронта выходного импульса.

Предлагаемой полупроводниковый ключ имеет выходное сопротивление на начальном, уровне формирования фрон0 тов импульсов примерно в 2 раза меньше, чем известный, благодаря открытому состоянию транзисторов 1 и 2 в течение этого времени. В результате почти в 2 раза возрастает скорость

5 разряда и заряда паразитной емкости