Магнитно-транзисторный ключ Советский патент 1987 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к радиотех- ишсе и может псгюльзо} аться в устройствах автоматическог о р1:гулирования различного назначения - для получения импульсоп тока с управляемой длительностью.

Цель изобретения - повышение надежности функционирования.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема магнитно- транзисторного ключа.

Магнитно-транзисторый ключ содержит силовой транзистор 1, коллектор которого через первичную обмотку 2 трансформатора тока 3 подключен к нагрузке А, шину 5 питающего напряжения, управляющий транзистор 6 и общую гаину 7. База транзистора 1 соеди- ii;:;jia с одним из выводов обмотки 8 трансформатора 3 тока, другой вывод которой подключен к общей luniie 7. Входная шина 9 соединена с базой управляющего транзистора 6 v. подключена

также к генератору управляющих импуль-25 матора 3 и вызывает увеличение токл

сов (ип показан), Один выпод резистора 10 соединен с шиной 5, а второй иывод - с первым выводом управляющей обмотки 11 трансформгггора 3. Второй вывод управляющей обмотки 11 соединен с коллектором транзистора 6 через пррт ичнум обмотку 12 дополнитель- тюго трансформатора 13 тока, вторичная пометка 1 которого включена последовательно в цепь нагрузки 4. Параллельно обмотке 12 включен допол- )UiTei7bHbui резистор 15, предотвращающий чрез1-.12р1ю большой выброс напряжения на кол.пекторе транзистора 6.

Ирииияп де1 ствия редлагаемого мл г ни тип-г v nn3 TIC торного ключа основан на (})opMnpon;iiinH двухстадпйного процесса выключения силового транзистора, на первой стадии которого эмиттерный переход транзистора остается открытым, а ток базы линейно уменынается, причем длительность стадии превышает премя рассасывания заряда пассивной области базы. Вследствие этого к началу второй стадии силовой транзистор 1 выходит из насыщения при рассосавшемся заряде пассивной области базы и выключение его коллекторного тока происходит за минимальное время независимо от степени предшествующего на- сытспия. В исходном закрытом состоянии магнитно-транзисторного ключа транзистор 1 закрыт, а транзистор 6 открыт током, поступающим на его базу

30

35

40

45

50

55

в обмотке 8 и увеличение тока базы транзистора 1. Описанный регенер.п ии ный процесс приводит к полному откры ванию транзистора 1 и его насыщению. Одновременно коллекторный ток транзистора 1 протекает по обмотке 14. Но при включении обмотки 14 ток прт останавливает перемегничивание сердечника трансформатора 13, начавшеес после выключения коллекторного тока транзистора 6. После достижения насы щения в транзисторе 1 его коллекторный ток определяется только электрическими характеристиками нагрузки 4, а ключ остается в открытом состоянии до поступления положительного фронта управляющего импульса на шину 9. С приходом положительного фронта управ ляющего импульса на шину 9 транзисч

тор 6 открывается, но коллекторный ток его в первый момент времени остается равным примерно нулю благодаря реакц 1И индуктивного сопротивления обмотки 12 трансформатора 13.

С этого момента начинается первая стадия выключения силового транзистора 1, в течение которой транзистор 1 сохраняет состояние насыщения. Поскольку ток коллектора транзистора 1 и обмотки i4 на рассматриваемой стадии процесса остается неизменным, трансформатор 13 выполняет на этой стадии роль индуктивности, формирующей линейно нарастающий ток коллекто

по шине 9 от генератора управляющих импульсов. Коллекторный ток траизис тора 6 протекает по обмоткам 12 и 11, вызывая намагниченное состояние сердечников трансформаторов 13 и 3.Отрицательный фронт управляющего импульса, на шине 9 переводит транзистор 6 в закрытое состояние, и начинается

Q перемегничивание сердечников трансформатора 13 и 3 из исходного состояния. Вследствие самоиндукции в обмотках трансформаторов.13 и 3 появляются выбросы напряжения. Выброс

5 напряжения в обмотках 12 и 14 не оказывает существенного влияния на процессы в ключе, поскольку вызывает появление тока в замкнутой цепи: обмотка 12 - резистор 15. Выброс наприQ жения в обмотке 8 открывает силовой транзистор 1, вследствие чего в обмотке 2 появляется ТОК коллектора транзистора 1, который ускоряет пе- ремагничивание сердечника трансфор0

5

0

5

0

5

в обмотке 8 и увеличение тока базы транзистора 1. Описанный регенер.п ии - ный процесс приводит к полному открыванию транзистора 1 и его насыщению. Одновременно коллекторный ток транзистора 1 протекает по обмотке 14. Но при включении обмотки 14 ток прт останавливает перемегничивание сердечника трансформатора 13, начавшееся после выключения коллекторного тока транзистора 6. После достижения насыщения в транзисторе 1 его коллекторный ток определяется только электрическими характеристиками нагрузки 4, а ключ остается в открытом состоянии до поступления положительного фронта управляющего импульса на шину 9. С приходом положительного фронта управляющего импульса на шину 9 транзисч

тор 6 открывается, но коллекторный ток его в первый момент времени остается равным примерно нулю благодаря реакц 1И индуктивного сопротивления обмотки 12 трансформатора 13.

С этого момента начинается первая стадия выключения силового транзистора 1, в течение которой транзистор 1 сохраняет состояние насыщения. Поскольку ток коллектора транзистора 1 и обмотки i4 на рассматриваемой стадии процесса остается неизменным, трансформатор 13 выполняет на этой стадии роль индуктивности, формирующей линейно нарастающий ток коллекто313

pa тр анзистора . Протекание линейно нарастаюьчего тока коллектора транзистора 6 через обмотку 11 при неизменном токе обмотки 2 трансформатора 3 вызывает формирование линейно падающего тока обмотки 8 и базы транзистора 1. Уменьшение тока базы силово о транзистора 1 при неизменном коллекторном токе сопровождается уменьше- нием избыточного заряда базы и главным образом заряда пассивной области базы. Поскольку длительность рассматриваемой первой стадии выключения транзистора 1 превышает длительность рассасывания заряда пассивной области базы транзистора, распределение заряда в базе оказывается близким к распределению установившегося статического режима. Поэтому к моменту 1 ыхода транзистора 1 из насыщения избыточный заряд его базы практически отсутствует. В момент времени выхода транзистора 1 из состояния насьпцения заканчивается первая и начинается вторая стадия выключения силового транзистора 1, для которой характерен регенеративный механизм формирования тока базы. Уменыиертие коллекторного тока транзистора 1 вызывает уменьшение то- ка в обмотке 2 трансформатора тока 3 и в обмотке 14 трансформатора 13, который на рассматриваемой стадии процесса выполняет роЛ1 ди х еренциаль- ного трансформатора, в течение короткого интервала времени поддерживающего неизменной величину

1Л ™.

40

где 1 - ток коллектора транзистора 1;

I - ток коллектора транзистора 6;

W,,W - количество витков в обмотках

12 и 14 трансформатора 13.

«

Вследствие соответствующего включе-45 ния обмоток 14 и 12 при уменьшении тока обмотки 14 ток обмотки 12 увеличивается и протекание этого тока через обмотку 11 трансформатора 3 вызывает уменьшение тока в обмотке 8.Кро-50 ме того, уменьшение тока в обмотке 2 также уменьшает ток обмотки 8 и базы транзистора 1. Описываемый механизм положительной обратной связи обуславливает лавинообразное уменьшение тока 55 базы транзистора 1 и такое же лавинообразное увелргчение тока обмотки 1 1. Начиная с определенного значения тока обмотки 11, результирующее дей474

ствие токов всех обмоток трансформатора 3 проявляется в намагничивании его сердечника к исходному состоянию, а ток обмотки 8 при этом меняет направление и вызывает полное рассасывание заряда базы силового транзистора 1. После рассасывания заряда базы транзистора 1 завершается выключение транзистора 1, а протекание тока коллектора транзистора 6 через обмотки 12 и 11 спустя еще некоторое время завершает намагничивание сердечников трансформаторов 13 и 3 в исхо;: ное состояние и обеспечивает готовность магнитно-транзисторного ключа к поступлению следующего отрицательного фронта управляющего импульса на шину 9.

Причем индуктивность L обмотки 12, коэффициент связи К между обмотками и коэффициент трансформации п дополнительного трансформатора 13 определяются соотношениями

(.-3) f ;

LL 1

к (0,05-0,7);

где I - номинальный ток управляющей

обмотки;

Г - время рассасывания заряда в пассивной области базы силового транзистора; Ij, - номинальный ток коллектора

силового транзистора. Таким образом, магнитно-транзисторный ключ характеризуется полным рассасыванием заряда пассивной области базы силового транзистора к моменту формирования среза коллекторного тока и независимостью длительности среза коллекторного тока от степени насьш1е- ния силового транзистора, вследствие чего параметры среза коллекторного тока оказываются нечувствительными к разбросу коэффициента усиления тока базы силового транзистора и достигаете ; высокая надежность работы при воспроизводимости в массовом производстве .

Формула изобретения,

Магнитно-транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, коллектор которого через первичную обмотку трансформатора тока соединен с первым выводом нагрузки, эмиттер - с эмит5 13307476

тером управляющего транзистора и об-него введен дополнительный трансфорщей шиной питающего напряжения, ба-матор тока и резистор, причем коллекза - с первым выводом базовой обмот-тор управляющего транзистора через

ки трансформатора тока, второй выводпервичную обмотку дополнительного которой подключен к общей шине питаю- трансформатора тока соединен с втощего напряжения, база управляющегор м выводом управляющей обмотки трантранзистора соединена с входной ши-сфоратора тока, вторичная обмотка

ной, резистор, один вывод которогодополнительного трансформатора подподключен к другой шине питающегоключена между вторым выводом нагрузнапряжения, второй вывод соединен сW ки и другой шиной питающего напряжепервым выводом управляющей обмоткиния, а параллельно первичной обтрансформатора тока, отличаю-мотке дополнительного трансформащ и и с я тем, что, с целью повыше-тора тока включен дополнительный

ния надежности функционирования, врезистор.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в устройствах автоматического регулирования различного назначения для формирования импульсов тока с управляемой длительностью. Устройство содержит силовой транзистор 1, трансформатор 3 тока с обмотками 2, 8 и 11, нагрузку 4, шину 5 питающего напряжения,управляющий транзистор 6, общую шину 7, входную шину 9, резисторы 10 и 15, дополнительный трансформатор 13 тока с обмотками 12 и 14. Принцип действия ключа основан на формировании двух- стадийного процесса выключения транзистора 1 и характеризуется полным рассасьшанием заряда пассивной области базы транзистора 1 к моменту формирования среза коллекторного тока. Изобретение обеспечивает высокую надежность работы магнитно-транзисторного ключа при воспроизводимости его в массовом производстве. 1 ил. С/ с ОС со о vi