Полупроводниковый ключ Советский патент 1983 года по МПК H03K17/41 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве силового ключа в лреобрааова- тельных устройствах различного назначения. Известен полупроводниковый ключ, содержащий транзисторы, два диода, то коограничивающий резистор, входную и выходную клеммы YJ . Недостатками известного ключа я&ляются низкое быстродействие при включении и большие габариты и вес иэ-за наличия реактивных элементов (орансформатора и конденсатора). Известен также полупроводниковый ключ, содержащий составной транзистор, вьшолненный на двух транзисторах, между базами которых включен первый диод, а к точке соединения коллекторов подклк чены первый вывод второго диода и выходная клемма, усилитель мощности, состо1пций из первого и второго транзиоTqpOB разной проводимости, базы которы подключены к входной клемме, эмиттеры через токоограничивающий резистор - к базе составного транзистора, а коллекторы - к первым клеммам соответствую- щих источников напряжения, при этом вт рая клемма одного из источников и эмиттер составного транзистора соединены с обшей шиной 2j . Однако недостатком данного ключа также $1вляется низкое быстродействие обусловленное уменьшением скорости спада коллекторного тока выходного транзистора после запирания эмиттерного перехода из-за пассивного рассасывания избыточных носителей в коллекторной области. Цель изобретения - повышение быстро действия.. Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковый ключ, содержаший составной транзистор, выполненный на двух транзисторах, между базами кото рых включен первый аиоп, а к точке соединения коллекторов подключены первый вывод второго диода и выходная , усилитель мощности, состоящий из первого и транзис- , торов разной проводимости, базы которы подключены к входной клемме, эмиттеры через токоограничивающий резистор - к базе составного транзистора, а коллекго ры - к первым клеммам cooTBeTCTByKvщих источников напряжения, при этом вторая клемма одного из источников и эмиттер составного транзистора соедине ны с общей шиной, введен третий диод, кот(фый соединен с одноименным вторым выводом второго диода, второй клеммой другого источника напряжения и эмиттером составного транзистора. На фиг. 1 представлена электрическая схема поу пфоводниковся о ключа; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений и токов (п5дактирной линией для сравнения изображены переходные процеосы в прототипе). Полупроводниковый ключ содержит составной транзистор 1, выполненный на двух транзисторах 2 и 3,. например П-р-П проводимост мезвду базами коточ рых включен первый диод 4, а к точке соединения коллекторов подключен катод втЬрого диода 5, усилитель 6 мощности, СОСТОЯЩИЙ из первого транзис-. Tqpa 7 П проводимости и второго транзистору 8 р-п-р проводимости. Базы транзисторов 7 и 8 подкгпочены к входной клемме &, эмиттеры через тб коограничивающий резистяр iO - к базе составного транзистора 1, а коллекторы - к плюсовой клемме 11 отпирающего и к минусовой клемме 12 запирающего источников напряжения, при этом минусовая клемма источника отпирающего напряжения и эмиттер составного транзистора 1 подключены к общей шине 13. Анод третьего диода 14 подключен к аноду второго диода 5 и плюсовой клемме 15 источника запирающего напряжения, а катод - к эмиттеру соотавного транзистора 1, коллектор которого соединен с выходной клеммой 16. Полупроводниковый ключ работает следующим образом. В момент изменения полярности сигнала на входной клемме 9 с положительной на отрицательную (начало процесса выключения) закрывается транзистор 7, транзистор 8 открывается и от запирающего источника напряжения протекает ток по цепи клемма 15 - диод 5 - переход база-коллектор транзистора 2 - резистор 1О - цепь эмиттер-коллектор транзистора 8 - клемма 12. При этом активно рассасываются избыточные ноойтели в коллекторной области транзистора 2 И его напряжение база - коллектор увеличивается (транзистор 2 выходит иэ области насыщения). После .этого ток от запирающего источника напряжения начинает протекать по цепи клемма 15 - диод 5 - переход база-коллектор транзистора 3 - параллельно включенные переход база-эмиттер транSHcrqpa 2 и диод 4 - резистор 10 пепь эмитт у-коллектор транзистора 8 клемма 12. При этом активно рассасываются избыточные носители в коллектор ной области силового транзистора 3, а транаистор 2 активно запирается. Такое состояние подд живается в схеме до тех nopi пока на рассосутся избыточные но CHxefoi в коллектс ной области транзио тора 3 и напряжение коллектор-эмиттер на нем не вырастет настолько, что диод 5 запирается. После этого ток От запирающего источника напряжения протекает по цепи клемма 15 - диод 14переход база-эмиттер силового транзиотора 3- диод 4 (переход база-эмиттер транзистора 2 к этому моменту уже заперт) - резистор 10 - цепь эмиттерколлектор транзистора 8 - клемма 12.

В случае использования составного транзистора на транзисторах p-W проводимости полярность источников напряжения и полярность включения диодов, а -также проводимость транзисторов усилителя мощности меняются на обратные.

В частном случае при небольшой выходной мощности составной транзистор с диодом, включенным между базами транзисторов, на которых выполнен составной транзистор, может быть-заменен на одиночный транзистор средней мощности.

Для эффеш вной работы ключа необхо димо, чтобы прямое напряжение диода 5 было меньще, чем прямое напряжение ди да 14, поэтому можно в качестве дио да 14 применять последовательное соединение двух диодов или выбрать диоды 5 и 14 с разными прямыми напряж&ниями.

Таким образом, использование предл гаемого полупроводникового ключа поэволяет уменьшить емя переключения выходного транзистора до 3-4 мкс и повысить КПД до 95%.

Тем самым существенно упрощается схема устройства (упрощаются пепи защиты от сквозных токов, формирования безопасных траекторий переключения выходного транзистора), повышаются экономичность и надежность.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КЛЮЧ, содержащий составной транзистор т шолншгаый на двух траазист фах, ме}1Шу базами которых вклкшен первый . диод, а к точке соединения коллекторов ЕЮдключе} первый вывод второго диода и-выходная клемма, усилитель мопшооти, состоящий на первого и второго тра зисторов разной проводимости, 6ааь1 которых подключены к вхсщной клемме, 9М11тте1и 1 чфез токоогр&оичиваюпгай дуоуюр - к базе составного транэистЬр а, а KonneKTqpfj - к первым кле1ммам соответствующих источников напряжения. При этом вторая KneiMtMa.oflHoro из ноточников и эмиттер составного транзио Tqpa соединены с общей шиной от л и чаю щ и и с я тем, что с целью повышения быстродействия, введен третий диод, который ооецинен с одноименным вторым выводом втсфого диода, второй (Л клеммой другого источника йагфаокения и эмиттером составнсго пранзистора.

tH

инз

фаг 2