Электронный ключ Советский патент 1983 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к аналогово и аналого-цифровой вычислительной тех нике и может быть использованодля коммутации цепей постоянного и мед- ленно изменяющегося напряжения в измерительных устройствах. Известен электронный ключ, содержащий коммутирующий полевой транзисг тор с каналом, например, р -типа, переход исток - сток которого включен между входной и выходной шинами, управляющий биполярный транзистор ,К1-p-f1-проводимости, диод, резисторы l.. Недостатком этого ключа является низкая надежность из-за использования большого количества активных элементов (5 вспомогательных полевых транзисторов. Кроме того, для работы ключа необходимо использовать несколько источников питания, что снижает энергетические возможности данного устройства. Известен также электронный ключ, содержащий коммутирующий полевой транзистор с .каналом, например, р-ти па, переход исток - сток которого включен между входной и выходной шинами, управлякнций биполярный транзис тор -проводи мости, эмиттер которого соединен с общей щиной, база - с шиной управления, коллектор через первый диод - с затвором коммутирующего полевого транзистора, первый конденсатор, первая обкладка которого соединена с катодом второго диода и одним из вьшодов первого резистора, вторая обкладка - с анодо третьего диода и одним из выводов второго резистора, четвертый и пятый диоды, аноды которых подключень к второму вьшоду первого резистора, пр чем катоды третьего и четвертого дно дов соединены с коллектором управляю щего биполярного транзистора, а анод второго и катод пятого диодов подключены к второму выводу второго ре,if 1 зистора и шине питания , Недостаток известного электронно го ключа состоит в том, что диапазо коммутируемых напряжений ограничен величиной напряжения питания формирователя сигнала управления, дру гим недостатком данного ключа является низкое быстродействие. . Цель изобретения -.расширение ди пазона коммутируемых.напряжений и повышение быстродействия. 5 Это достигается тем, что в электронный кпюч, содержащий коммутирующий полевой транзистор с каналом, например, р-типа, переход исток - сток которого включен между входной и выходной шинами, управляющий биполярный транзистор ti -1) - h-проводимости, эмиттер которого соединен с ;общей шиной, база - с шиной управления, коллектор через первый диод с затвором коммутирующего полевого транзистора, первый конденсатор, ; первая обкладка которого соединена с катодом второго диода и одним из выводов первого резистора, вторая обкладка - с анодом третьего диода и одним из выводов второго резистора, четвертый и пятый диоды, аноды которых подключены к второму вьшоду первого резистора, причем катоды третьего и четвертого диодов соединены с коллектором управляющего би- ; полярного транзистора, а анод второго и катоД пятого диодов подключены к второму вьтоду второго резистора ; и шине питания, дополнительно введены второй конденсатор, шестой диод и третий резистор, при этом первая обкладка второго конденсатора, катод шестого диода и один из вьтодов третьего рез;истора объединены, вто , рая обкладка второго конденсатора . соединена с анодом четвертого диода, второй вьшод третьего резистора подключен к коллектору управляющего биполярного транзистора, а анод шестого диода - к входной шине. Кроме того, в электронный ключ вв ден седьмой диод, анод которого подключен к входной шине, а катод - к катоду второго диода. На чертеже представлена электри- ческая схема электронного ключа. Схема содержит коммутирующий поле-, .вой транзистор 1 с каналом р -типaj , исток которого подключен к входной шине 2, а сток - k выходной шине 3, первый диод 4, управляющий биполярньгй транзистор 5 П-р -V) -проводимости, первый 6 и второй 7 конденсаторы, второй 8 и третий 9 диоды, первый 10 н второй 11 резисторы, четвертый 12, пятый 3 и шестой 14 диоды.третий резистор 15, седьмой диод 16. В электронном ключе могут быть использованы транзисторы и 5 другого типа проводимости. Тогда напряжение источника питания меняет знак на обратный, диоды включаются в схему протнвопопожными выведамиу а входной снгнал должен быть отрицательной полярности. Электронный ключ работает еледующим образом. Управляющий биполярный транзис,тор 5 при подаче в цепь его базы по ложительного сигнала открывается. При этом конденсатор 6заряжается через открытые диоды 8 и 9 и переход коляектор - эмиттер транзистора 15 до напряжения источника питания. Напряжение на конденсаторе 6 определяется в данном случае из выраженияУС6 Е„ - () где EJ. - напряжение источника п тания; Ui-И UiQ- падение напряжения на диодах 8 и 9 в процесс заряда накопительного конденсатора 6. Конденсатор 7 зарядится от входнрго сигнала через открытые диоды J2 и 14 и управляющий транзистор 5 до напряжения % иЬ - (ид,14 ид,4); где величина напряжения вхо :ного сигнала; UtjjjUt i}- падение напряжения на диодах 12 и 1.4 в процес се заряда нaкdпитeльнoг конденсатора 7. При открытом управляющем транзис торе 5 коммутирующий полевой транзи тор 1 также будет открыт, .так как диой 4 закрыт, и поэтому напряжение между затвором и истоком равно нулю Входной, сигнал через открытый коммутирующий полевой транзистор 1 пер дается на выходную шину 3. При изменении управляющего сигна ла от положительного, значения до ну яя происходит закрьюание управляюще го биполярного транзистора 5, и i начинается заряд включенной паралле но его переходу коллектор - эмиттер паразитной емкости. Заряд паразитной емкости осуществляется от суммы напряжений Uc6 - резис торы 10, 11 и 15. Диоды 9 и 12 при этом заперты за счет напряжений на конденсаторах 6 и 7 и на процесс за ряда влияния оказывать не будут. В процессе заряда паразитной емкости ток заряда будет уменьшаться и напряжение на аноде диода 13 будет расти до величины ,, где Ц - падение напряжения на открытом диоде 13 i Напряжение на затворе комм тирующего транзистора 1 при закрытом управляющем транзисторе 5 после заряда паразитной емкости практически достигает, величины, определяемой выражениему.и,и..ивГ 1иА,« идд-и,,),где и. л - падение напряжения на диоде 4. Напряжение между затвором и истоком будет равно U 3H}aKp i5at:pUn ..iEn4U4,,,)7 при котором коммутирующий транзистор 1 будет закрыт, а напряжение на выходной шине 3 станет равным ну.то. Из выражения (1 , что напряжение и зякр закрытом управляющем транзисторе 5 не зависит от величины входного коммутирующего сигнала . Включение в схему электронного ключа диода 16, как показано на чертеже, не влияет на работу устройства, если Ugx tff . Когда Е,, накопительный конденсатор 6 будет заряжен до напряжения С6 ВХ- (ид ,6- ), где падение напряжения на диоде 16 в процессе заряда накопительного конденсатора 6, Так как U9)( Е, то заряд паразитной емкости будет осуп ествляться большим током. Это приводит к уменьшению времени заряда паразитной емкости, т.е. повышает быстродействие электронного ключа. . i Во время работы электронного ключа ток разряда накопительного конденсатора 7 определяется токами утечки соответствующих элементов, поэтому разрядом его можно пренебречь.. Использование предложенного электронного ключа при незначительном усложнении, благодаря его отличительным особенностям, позволяет коммутировать входное напряжение,величина которого превышает напряжениеИсточника питания Максимальная величина коммутируемого напряжения в предложенном электронном ключе ограничивается только предельно допустцмь1ми напряжениями элементов схемы .,и

5 05&465

не зависит от напряжения митания. При входном напряжении, превышающем напряжение источника питания, быстро

действие электронного ключа увеличивается, таТс как увеличивается ток заряда паразитных емкостей.

1. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЮЮЧ, содержащий коммутирующий полевой транзистор с каналом, например, р-типа, переход исток-сток которого включен между входнойй выходной шинами, управляющий биполярный транзистор fl-p-rt -проводимости, эмиттер кото-. рого соединен с общей шиной, база с шиной управления, коллектор через первый диод - с затвором коммутирующего полевого транзистора, первый конденсатор, первая обкладка которого соединена с катодом второго диода и одним.из вьшодов первого резистора, вторая обкладка - с анодом третьего диода и одним из вьщодов второго резистора, четвертый и пятый диоды, аноды которых подключены к второму выводу первого резистора, причем катоды третьего и четвертого диодов соединены с коллектором управляющего биполярного транзистора, а анод второго и катод пятого диодов подключены к второму выводу второго резистора и шине питания, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона коммутируем 1х напряжений, дополнительно введены вто|РОЙ конденсатор, шестой диод и тре- . |тий резистор, при этом первая .обкладка второго конденсатора,- катод шестого диода и один из выводов третьего JP резистора объединены, вторая обкладш ка, второго конденсатора соединена с анодом четвертого диода, второй вывод третьего резистора подключен к коллектору управляющего биполярного транзистора, а анод шестого диодА к входной шине. 2. .Электронный ключ по п.I, о т- личающийся тем, что, с целью повьш1ения быстродействия, ввесд ден седьмой диод, анод которого подключен к входной шине, а катод - к L катоду второго диода. Ct) ел