Транзисторный ключ Советский патент 1987 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах усиления, преобразования и передачи импульсных сигналов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности являемся транзисторньй ключ, содержащий выходной транзистор, включен- ный по схеме с общим эмиттером, база которого через ускоряющую резистивно емкостную цепочку, содержащую параллельно соединенные резистор R и емкость С, соединена с выходом генера- тора управляющего напряжения и через второй резистор - с источником базового смещения 2 J. Длительности переходных процессов в указанном тра зисторном ключе при-подаче на вход импульса прямоугольной формы определяются (в приближении примерного равенства постоянных времени транзистора при включении и выключении) сле дующим образам .

(1)

(2)

(3) (4)

де С

ts. sM время задержки включения;

gy,Rgy - входные емкость и сопротивление транзистора;

) -постоянная времени транзистора;С , - время жизни неосновных

носителей в объеме базы - время включения транзистора;

степень насыщения базы при включении; время задержки выключения;

время выключения транзистора;

степень насьпцения базы к моменту окончания импульса ,

отношение модуля амплитуды запирающего тока к насыщаемому току базы; интегральный коэффициент передачи тока базы.

Первое условие сохранения формы

f.o

Ял 3. ВЫКА

Ф-1

S о

В

мпульса . сравнения (2)

.1 (4) дает соотношение

о

(5)

Второе условие сохранения формы импульса (сохранение плоской вершины в течение длительности действия входного импульса) требует поддержки выходного коммутирующего ключа в насыщенном состоянии в течение всего времени действия входного импульса. Из. этого условия следует (с учетом разброса значения /j- коэффициента передачи тока базы), что степень насыщения базы к моменту окончания импульса должна быть по крайней мере не меньще 2.

S 7,2,

(6)

Учитывая, что эффективность действия ускоряющей емкости резко снижается

п г- 3S

2; S

,, МОЖНО принять

6.

уже с

ч . о о

При этих значениях степени насыщения базы, определенной по формуле (5), значение , а из формулы (3) с время задержки выключения

S+2 t -fin ,15. (7)

3. bUY.fl

5+1

30

с учетом (1) можно считать, что искажение длительности Т импульса практически полностью определяется полученной величиной задержки выключения.

ат т

TSUV- Тбх «0,153 ,

5

0

5

0,

5

где Т и Т jy - длительности выходного и входного импульса соответственно.

Для уменьшения величины Т, т.е.

Q , я

значения In --7-, необходимо уве- ь J т I .

личивать значение Rj и, следовательно, величину Sj,. Однако, с увеличением коэффициента насыщения- ухудшается быстродействие ключа.

Недостатком такого транзисторого ключа является то, что коэффициент насьпдения Sj, во всех случаях приходится выбирать из компромиссных соображений, исходя из Конкретной задачи, и практически невозможно выполнение равен ства tj g, и ,.

Цель изобретения - повышение точности сохранения на выходной шине скважности входных импульсов.

На чертеже представлена электрическая схема транзисторного ключа.

Устройство содержит выходной транзистор 1, последовательнзпо RC-цепь, выполненную на конденсаторе 2 и резисторе 3, генератор 4 управляющего напряжения, вьтолненный по двухтактной схеме эмиттерного повторителя на двух транзисторах 5 и 6 противоположного- типа проводимости, резистор 7, диод 8, входную шину 9, шину 10 питания, общую II и выходную 12 шины Вход генератора 4 соединен с входной шиной 9, цервый силовой вьюод генератора 4 - с шиной 10 питания, второй силовой вьшод - с общей шиной 11, а выход через резистор 7 - с базой транзистора 1. Первый вьшод конденсатора 2 соединен с выходом генератора 4, первый вьшод резистора-3 - с общей шиной I1, анод диода 8 - с базой транзистора 1, а катод - со сред ней точкой RC-цепи. Транзистор 1 включен по схеме с общим эмиттером, коллектор которого соединен с выходной шиной 12 устройства.

Транзисторньй ключ работает еле- дующим образом.

В исходном состоянии, когда напряжение на шине 9 равно нулю, транзистор 6 открыт и шунтирует через резистор 7 переход база - эмиттер транзис тора 1. Транзистор 1 закрыт. Конденсатор 2 разряжен.. Транзистор 5 закрыт .

При поступлении на шину 9 положив тельного импульса запирается транзистор 6, а т ранзистор 5 отпирается. Напряжение на выходе генератора 4 ин тегрируется цепью, образованной выходным сопротивлением транзистора 5 Buxs конденсатором 2 и резистором 3. В результате на резисторе 7 возникает экспоненциально возрастающее напряжение с постоянной времени.

. (Rebixs Rj)- Ci. (8) Это напряжение вызьшает появление открьюающего базового тока транзистора I с задержкой, возникающей вследствие интегрирования экспоненциально возрастающего напряжения цепочкой, составленной резистором 7 и входной емкостью Cg транзистора 1.

RT- С ьх- -(9) В результате возникает задержка включения транзистора 1, равная

/ -1

1

. (10)

Таким образом, в предлагаемой схеме транзисторного ключа сохраняется скважность входного импульса. Применение предлагаемого ключа особенно эффективно в двухтактных усилителях, работающих на индуктивную нагрузку.

Степень же насыщения базы транзистора 1 при включении Вд опреде- .,. . - ляется в основном величиной резисто- так как позволяет исключить специаль- ра 7, так как диод 8 во время вклю- чения транзистора 1 запирается полоные цепи симметрирования с целью устранения сквозных коммутационных токов в выходных транзисторах.

жительным напряжением на резисторе 3,

г 1015

20

25

возникающим при протекании зарядного тока через конденсатор 2.

В течение длительности действия входного импульса в процессе заряда конденсатора 2 напряжение на резисторе 3 снижается: диод 8 открьшает- ся и частично шунтирует переход база - эмиттер транзистора 1. Тем самым обеспечивается необходимая степень насыщения S к моменту выключения транзистора 1, величина которой определяется при открытом диоде отношением КУ/КЭ сопротивлений резисторов 7 и 3 соответственно.

. По окончании действия входного импульса, т.е. по спаду входного импульса, открьшается транзистор 6, в (результате чего конденсатор 2 разряжается запирающим током базы транзистора I, величина которого опреде- ляется малым сопротивлением цепочки .диод 8 - конденсатор 2 - переход эмиттер - коллектор открытого транзистора 6.

Амплитуда запирающего тока базы транзистора 1, характеризуемая величиной Sj, зависит от величины емкости конденсатора 2 и сопротивления резистора 3.

Как видно из формулы (10), величина t может регулироваться изменением величины конденсатора 2, при этом с увеличением значения емкости конденсатора 2 значение t увеличивается. В то же время увеличение емкости конденсатора 2 эквивалентно уменьшению дифференциального сопротивления цепи протекания тока базы транзистора 1, т.е. уменьшению tj Следовательно, существует такая величина конденсатора 2, при которой можно установить равенство t и

tj. SURA

Величина же резистора 7, входящая 45 в формулу (10) через S , весьма незначительно влияет на величину tj ввиду малой величины входной емкости С 5х транзистора.

Таким образом, в предлагаемой схеме транзисторного ключа сохраняется скважность входного импульса. Применение предлагаемого ключа особенно эффективно в двухтактных усилителях, работающих на индуктивную нагрузку.

30

35

40

0

.,. . - так как позволяет исключить специаль-

.,. . - так как позволяет исключить специаль-

ные цепи симметрирования с целью устранения сквозных коммутационных токов в выходных транзисторах.

.513580856

Формула изобретениядвухтактной схеме эмиттерного повтоТранзисторный ключ, содержащийрителя на двух транзисторах противовыходной транзистор, который включенположного типа проводимости, выход

по схеме с общим эмиттером, RC-цепьгенератора управляющего напряжения

и генератор управляющего напряжения,соединен через резистор с базой вывход которого соединен с входной ши-ходного транзистора, конденсатор и

ной ключа., первый силовой вывод -резистор RC-цепи соединены последос шиной питания, второй силовой вы-вательно, первый вывод конденсатора вод - с общей шиной, отличаю- ю -цепи соединен с выходом генерато|Щ и и с я тем, что, с целью повыше-Р управляющего напряжения, первый

ния точности сохранения на выходнойвьшод резистора RC-цепи соединен с

шине скважности входных импульсов,общей шиной, катод диода соединен со

введены резистор и диод, а генераторСредней точкой RC-цепи, а анод - с

уп{)авляющего напряжения вьшолнен побазой выходного транзистора.

Изобретение может быть использовано в устройствах усиления, преобразования и передачи импульсных сигналов. Транзисторный ключ содержит выходной транзистор 1, RC-цепь, вьшолненную на конденсаторе 2 и резисторе 3, генератор 4 управляющего напряжения, выполненный на двух транзисторах 5 и 6 противоположного типа проводимости, резистор 7, диод 8, входную шину (Ш) 9, Ш 10 питания, о&- щую Ш 11, выходную D1 12. Изобретение повьшает точность сохранения на выходной шине скважности входных импульсов. 1 ил. / (Л 72 JL L //-L. . 7 О i €) s со СП 00 о 00 ел 1