Транзисторный ключ Советский патент 1988 года по МПК H03K17/60 

00

00

Изобретение относится к импульсной технике и может быть испольаова- но для управляемого по программе подключения питания к биполярным полупостоянным запоминающим устройствам (ППЗУ).

Целью изобретения является повьплезистора 10, второй нывод которого соединен с базой третьего транзистора 22 и первым вьгоодом фотодиода диодного оптрона 19, второй вывод которого подключен к коллектору первого транзистора 1, первый вьшод девятого резистора I1 соединен с общей шиной 25, а второй подключен к коллектору

ние надежности транзисторного ключа путем з.ащиты его от медленно нараста- Q третьего транзистора 22 и входу вто- ющих токов перегрузки и повьппение рого инвертора 20, выход которого со- достоверности контроля функциониро- единен с пер:цым вьтодом индикатора 21

и третьими входами первого 15 и второго 16 элементов И-НЕ, десятый ре- 5 зистор 12 и светодиод диодного оптрона 19 соединены последовательно и включены между шиной 25 питания и вывания.

На чертеже представлена приндипи-, альная электрическая схема транзистор ног о ключ а.

Транзисторный ключ содержит первый

зистора 10, второй нывод которого соединен с базой третьего транзистора 22 и первым вьгоодом фотодиода диодного оптрона 19, второй вывод которого подключен к коллектору первого транзистора 1, первый вьшод девятого резистора I1 соединен с общей шиной 25, а второй подключен к коллектору

третьего транзистора 22 и входу вто- рого инвертора 20, выход которого со- единен с пер:цым вьтодом индикатора 21

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано дпя управления по программе подключения питания к биполярным полупостоянным запоминающим устройствам. Цель изобретения - повьшение надежности транзисторного ключа - достигается путем защиты его от медленно нарастающих токов перегрузки и повышение достоверности контроля функционирования. Транзисторный ключ содержит транзисторы 1 и 2, резисторы 3 - 13, инверторы 14 и 20, элементы И-НЕ 15 - 17, элемент 18 задержки, диодный опт- рои 19, индикатор 21, третий транзис- тор 22, шину 23 питания, нагрузку 24, общую шину 25, входную шину 26. Высокая температурная стабильность порога включения транзистора 22 позволяет обеспечить прецизионный контроль остаточного Напряжения на транзисторе 1 и, следовательно, высокую точность контроля напряжения на нагрузке 24 в широком диапазоне температур. 1 ил. (П

Транзисторный ключ работает спе- дующим образом.

В исходном состоянии на входную

1и второй 2 транзисторы, одиннадцать ходом третьего элемента И-НЕ 17, вто- резисторов 3-13, первый инвертор 14, рой вьшод индикатора 21 через один- первый 15, второй 16 и третий 17 эле-20 надцатый резистор 13 соединен с ши- менты И-НЕ, элемент 18 задержки, ди- ной 23 питания.

одный оптрон 19, второй инвертор 20, индикатор 21, третий транзистор 22. Эмиттер первого транзистора 1 подключен к шине 23 питания и первому выво-25 щину 26 подается низкий уровень нап- ду первого резистора 3, второй вывод ряжения О, который поступает на которого соединен с базой первого первые входы элементов И-НЕ 15 и 16, транзистора 1, коллектор которого че- на выходах которы устанавливаются рез нагрузку 24 подключен к общей ши- высокий уровень напряжения. При этом не 25, коллектор второго транзистора ЗО транзисторы 1 и 2 закрыты и, следо2соединен с первым вьшодом вторЬго резистора 4, а база подключена к первому выводу третьего резистора 5 и через четвертый резистор 6 - к шине 23 питания, второй вывод третьего резистора 5 Соединен с выходом первого элемента И-НЕ 15, первый вход которого подключен к входной шине 26, входу элемента 18 задержки, первому

35

вательно, нагрузка 24 отключена от шины 23 питания. При отсутствии напряжения на нагрузке 24 на втором входе элемента И-НЕ 16 и входе первого инвертора 14 устанавливается уровень О, а на выходе инвертора 14 - уровень 1, который поступает на второй вход элемента И-НЕ 15. Кроме того, в

исходном состоянии О с входной шины 26 поступает на второй вход эле- мента И-НЕ 17, а через элемент 18 задержки О подается на первый вход элемента И-НЕ 17, на выходе которого устанавливается высокий уровень нап- дЕ ряжения. При этом ток через светодиод оптрона 19 не протекает, а, следовательно, отсутствует ток и в депи фотодиода оптрона 19, в результате чего транзистор 22 закрыт, на входе инвертора 20 установлен уровень О, а на выходе инвертора 20 - уровень 1. Это исключает протекание тока через светодиод индикатора 21 (индикатор выключен) и обеспечивает уровень 1 на третьих входах элементов И-НЕ 15 и 16.

входу второго элемента И-НЕ 16 и вто

рому входу третьего элемента И-НЕ 17, выход второго элемента И-НЕ 16 через пятый реэистор 7 соединен с базой первого транзистора 1, эмиттер второго транзистора 2 подключен к шине 23 питания, второй вход первого элемента И-НЕ 15 соединен с выходом первого инвертора 14, вход которого подключен к первому выводу шестого резистора 8 и через седьмой резистор 9 - к общей шине 25, второй вход второго ; элемента И-НЕ 16 соединен с коллектором первого транзистора и вторыми вьшодами второго 4 и шестого 8 резисторов, выход элемента 18 задержки подключен к первому входу третьего элемента И-НЕ 17, эмиттер третьего транзистора 22 подключен к шине 23 питания и первому вьшоду восьмого ре

Транзисторный ключ работает спе- дующим образом.

В исходном состоянии на входную

щину 26 подается низкий уровень нап- ряжения О, который поступает на первые входы элементов И-НЕ 15 и 16, на выходах которы устанавливаются высокий уровень напряжения. При этом транзисторы 1 и 2 закрыты и, следо

вательно, нагрузка 24 отключена от шины 23 питания. При отсутствии напряжения на нагрузке 24 на втором входе элемента И-НЕ 16 и входе первого инвертора 14 устанавливается уровень О, а на выходе инвертора 14 - уровень 1, который поступает на второй вход элемента И-НЕ 15. Кроме того, в

исходном состоянии О с входной шины 26 поступает на второй вход эле- мента И-НЕ 17, а через элемент 18 задержки О подается на первый вход элемента И-НЕ 17, на выходе которого устанавливается высокий уровень нап- ряжения. При этом ток через светодиод оптрона 19 не протекает, а, следовательно, отсутствует ток и в депи фотодиода оптрона 19, в результате чего транзистор 22 закрыт, на входе инвертора 20 установлен уровень О, а на выходе инвертора 20 - уровень 1. Это исключает протекание тока через светодиод индикатора 21 (индикатор выключен) и обеспечивает уровень 1 на третьих входах элементов И-НЕ 15 и 16.

При поступлении на входную шину 26 высокого уровня напряжения 1 на всех трех входах элемента И-НЕ 15 од

вень 1. При этом на выходе инвертора 20 установится низкий уровень напряжения, который приведет к включению индикатора 21 и к блокированию элементов И-НЕ 15 и 16 по третьим входам. На выходах-элементов И-НЕ 15 и 16 установятся высокие уровни напряжения, в результате чего транзисторы 1 и 2 выключатся и полностью отклю- to чает нагрузку 24 от шины 23 питания. Напряжение на транзисторе 1 достигнет значения напряжения на шине 23 и будет продолжать поддерживать открытое состояние транзистора 22, а следова- j тельно, и включенное состояние индикатора 21, свидетельствующее об аварийной ситуации (или о нарушении нормального функционирования) транзисторного ключа.20

Поступление на входную шину 26 низкого уровня напряжения приводит к тому, что на втором входе элемента И-НЕ 17 сразу же устанавливается О, а на выходе элемента И-НЕ 17 - 25 сразу же высокий уровень напряжения (вне зависимости от сигнала на его первом входе), ток через светодиод, а соответственно и фотодиод оптрона

ка через время задержки элемента I8 задержки на обоих входах элемента И-НЕ 17 не появятся одновременно уровни 1. В результате на вьгходе элемента И-НЕ 17 установится низкий уровень напряжения, приводящий к появлению тока в цепы светодиода оптрона 19, включится транзистор 32 (так как транзистор I закрыт), на выходе инвертора 20 установится низкий уровень напряжения, который включит индикатор 21 и заблокирует элемент И-НЕ 15 по третьему входу, что приведет к выключению транзистора 2. Схема будет работать таким образом до тех пор, пока не будет устранено аварийное состояние нагрузки 24, после чего транзисторный ключ восстановит свою работу и будет обеспечивать подключение нагрузки 24 к шине 23 питания каждый раз, когда на входной шине 26 будет присутствовать высокий уровень напряжения.

Таким образом, в предложенном транзисторном ключе в отличие от про- тотипа обеспечивается высоко эффективная защита от перегрузки по мощ19 прекращается, транзистор 22 вьжлю-зо ности элементов ключа при любой ско- чается. На выходе инвертора 20 уста- изменения (нарастания) тока . навливается высокий уровень напряжения, что выключает индикатор 21 и снимает блокировку с третьих входов элементов И-НЕ 15 и 16. Однако это не изменяет состояния транзисторов 1 и 2, так как на первых входах элементов И-НЕ 15 и 16 присутствуют уровни О.

При поступлении на входную шину 26 высокого уровня напряжения на всех трех входах элемента И-НЕ 15 одновременно оказываются уровни 1, в результате на выходе элемента И-НЕ

15 устанавливается низкий уровень на- .с рощает процесс контроля пряжения, который приводит к включению транзистора 2. Если к этому времени аварийное состояние нагрузки 24 не устранено, то несмотря на включенное состояние транзистора 2 роста

перегрузки. Кроме того, транзисторный ключ переходит в отключенное состояние и в том случае, когда один из важнейших параметров транзисторного ключа (остаточное напряжение на включенном транзисторе 1) выходит за пределы допуска, обеспечивающего но- минальное напряжение на нагрузке 24. При этом включается сигнализация, свидетельствующая о нарушении нормального функционирования транзисторного ключа, что повышает достоверность контроля функционирования и уп40

50

Следует отметить, что порог включения транзистора 22 (в зависимости от остаточного напряжения на транзисторе 1) имеет высокую температурную стабильность. Это обусловлено тем, что температурные коэффициенты напряжения отсечки базового тока транзистора 22 (и ) и вентильного напряжения фотоэдс на фотодиоде оптрона I9 имеют равные абсолютные значения и разные, знаки, что в соответствии с указанным неравенством обеспечивает их взаимнзгю компенсацию. Высокая темнапряжения на нагрузке 24 не происходит (или происходит недостаточный рост напряжения), поэтому в этом случае на втором входе элемента И-НЕ 16 никогда не может появиться уровень 1, чтр, в свою очередь исключает возможность включения транзистора 1. Транзистор 2 будет оставаться во включенном состоянии до тех пор, iioка через время задержки элемента I8 задержки на обоих входах элемента И-НЕ 17 не появятся одновременно уровни 1. В результате на вьгходе элемента И-НЕ 17 установится низкий уровень напряжения, приводящий к появлению тока в цепы светодиода оптрона 19, включится транзистор 32 (так как транзистор I закрыт), на выходе инвертора 20 установится низкий уровень напряжения, который включит индикатор 21 и заблокирует элемент И-НЕ 15 по третьему входу, что приведет к выключению транзистора 2. Схема будет работать таким образом до тех пор, пока не будет устранено аварийное состояние нагрузки 24, после чего транзисторный ключ восстановит свою работу и будет обеспечивать подключение нагрузки 24 к шине 23 питания каждый раз, когда на входной шине 26 будет присутствовать высокий уровень напряжения.

ности элементов ключа при любой ско- изменения (нарастания) тока .

перегрузки. Кроме того, транзисторный ключ переходит в отключенное состояние и в том случае, когда один из важнейших параметров транзисторного ключа (остаточное напряжение на включенном транзисторе 1) выходит за пределы допуска, обеспечивающего но- минальное напряжение на нагрузке 24. При этом включается сигнализация, свидетельствующая о нарушении нормального функционирования транзисторного ключа, что повышает достоверность контроля функционирования и уп

.с рощает процесс контроля

0

5

Следует отметить, что порог включения транзистора 22 (в зависимости от остаточного напряжения на транзисторе 1) имеет высокую температурную стабильность. Это обусловлено тем, что температурные коэффициенты напряжения отсечки базового тока транзистора 22 (и ) и вентильного напряжения фотоэдс на фотодиоде оптрона I9 имеют равные абсолютные значения и разные, знаки, что в соответствии с указанным неравенством обеспечивает, их взаимнзгю компенсацию. Высокая темновременно оказываются уровни 1, в результате чего на выходе элемента И-НЕ 15 устанавливается низкий уровень напряжения, а состояние элемент И-НЕ 16 не изменяется, так как на ег втором входе сохраняется уровень О поступающий с нагрузки 24. Появление на выходе элемента И-НЕ 15 низкого уровня напряжения приводит к включе- нию транзистора 2, и через резистор осуществляется предварительный заряд эквивалентной емкости нагрузки 24.

По мере роста напряжения на нагрузке 24 устанавливается и уровень напряжения на втором входе элемента И-НЕ I6. Когда напряжение на втором входе элемента И-НЕ 16 достигнет уровня напряжения, равного напряжени 1, на всех трех входах элемента И-НЕ 16 одновременно окажутся уровни 1, в результате на выходе элемента И-НЕ 16 появится низкий уровень напряжения, который открьшает транзисто 1, обеспечивающий дозаряд емкости на грузки 24 и дальнейший рост напряжения на ней.

После включения транзистора I напряжение в средней точке делителя напряжения, образованного резисторами 8 и 9, достигает такой величины, при которой на вход инвертора 14 начинае поступать уровень I, ас выхода инвертора 14 на второй вход элемента И-НЕ 15 - уровень О, в результате на выходе элемента И-НЕ 15 появляетс высокий уровень напряжения, который выключает транзистор 2. При этом состояние транзистора 1 не изменяется, он остается включенным и обеспечивае подключение нагрузки 24 к шине 23 питания на все время, в течение которого на входной шине 26 присутствует высокий уровень напряжения.

Появившийся на входной шине 26 вы сокий уровень напряжения сразу поступает на второй вход элемента И-НЕ 17 а через время задержки элемента 18 задержки высокий уровень поступает н первый вход элемента И-НЕ 17, после чего на выходе элемента И-НЕ 17 устанавливается низкий уровень напряжения, в результате через последовательно включенные резистор 12 и све- тодиод оптрона 19 начинает протекать ток. Время задержки элемента задержк 18 выбирается таким, чтобы оно пре- вьшало время заряда эквивалентной емкости нагрузки 24 и время включения

Q

j 0 5

о

Д5

35

40

50

5

транзистора 1, поэтому к моменту появления тока в цепи светодиода оптрона 1 9 напряжение между коллектором и эмиттером транзистора 1 становится . минимальным (к этому времени транзистор 1 включен и насьщен).

Если выполняется условие -1и „I 7 и„ас1 ., ДЛЯ и от с 2-1 напряжение отсечки базового тока (входное пороговое напряжение) транзистора 22, и - напряжение фотоэдс на фото-, диоде оптрона 19, работающего в вентильном режиме, - напряжение насьш1ения между коллектором и эмиттером транзистора 1, то включенное и насыщенное состояние транзистора 1 исключает протекание тока в цепи фотодиода оптрона 19, а следовательно, и в базовой цепи транзистора 22, в результате чего транзистор 22 вьпслю- чен, ток в его коллекторной цепи отсутствует и на входе инвертора 20 присутствует уровень О. При этом на выходе инвертора 20 сохраняется высокий уровень напряжения, обеспечивающий выключенное состояние индикатора 21 и исключающий блокирование элементов И-НЕ 15 и 16 по третьим входам.

Вьтолнение указанного неравенства обеспечивается выбором соответствующего номинала резистора 12, так как при изменении номинала резистора 2 изменяется ток через светодиод оптрона 19, а следовательно, и-вентильная фотоэдс на фотодиоде оптрона 19, поэтому с помощью резистора 12 можно регулировать порог включения транзистора 22 (в зависимости от напряжения нась1щения между коллектором и эмиттером транзистора 1).

При возникновении аварийной ситуации ; например, при коротком замыкав нагрузке 24, при резко или медленно нарастающем токе перегрузки, при уменьшении коэффициента перегрузки транзистора в результате катастрофического старения) начинается рост остаточного напряжения между коллектором и эмиттером включенного транзистора 1, Как только возрастающее остаточное напряжение на транзисторе 1 приведет к нарушению указанного условия, в цепи фотодиода оптрона 19, а следовательно, и в базовой цепи транзистора 22 появится ток, в результате чеГо транзистор 22 включится и установит на входе инвертора 20 уропературнэя стабильность порога включения транзистора 22 позволяет обеспечить прецизионный контроль остаточного напряжения на транзисторе 1, а следовательно, позволяет обеспечить высокую точность контроля напряжения на нагрузке 24 в широком температурном диапазоне.

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий три транзистора, десять резисторов, два инвертора, три элемента И-НЕ, злемент задержки, причем змиттер первого транзистора подключен к шине источника питания и первому вьшоду первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, коллектор которого через нагрузку подключен к общей шине, коллектор второго транзистора соединен с первым вьшодом второго резистора, а база подключена к первому выводу третьего

резистора и через четвертый резистор-25 подключен к коллектору третьего транк шине источника питания, второй вывод третьего резистора соединен с выходом первого злемента И-НЕ, первый вход которого подключен к входной шине, входу элемента задержки и перво- , му входу второго злемента И-НЕ, вы- ход которого через пятый резистор соединен с базой первого транзистора, эмиттер второго транзистора подключен к шине источника питания, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с вы- ходом первого инвертора, вход которого подключен к первому выводу шестого

зистора, а выход соединен с первым вьшодом индикатора и третьими входами первого и второго элементов И-НЕ, при этом второй вьгоод индикатора через одиннадцатый резистор соединен с шиной источника питания, десятый резистор и светодйод диодного оптрона соединены последовательно и включены между шиной источника питания и выходом третьего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод девятого резистору подключен к общей шине.

резистора и через седьмой резистор - к общей шине, второй вход второго злемента И-НЕ соединен с коллектором первого транзистора и вторыми вьшода- ми второго и шестого резисторов, выход злемента задержки подключен к первому входу третьего злемента И-НЕ, змиттер третьего транзистора подключен к шине источника питания и первому вьгооду восьмого резистора, второй вьгорд которого соединен с базой третьего транзистора, коллектор которого подключен к первому вьшоду девятого резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем защиты от медленно нарастающих токов перегрузки, введены одиннадцатый резистор, индикатор, диодный оптрон, первый вьтод фотодиода которого подключен к базе третьего транзистору, а второй вывод фотодиода - к коллектору первого транзистора, вход второго инвертора

зистора, а выход соединен с первым вьшодом индикатора и третьими входами первого и второго элементов И-НЕ, при этом второй вьгоод индикатора через одиннадцатый резистор соединен с шиной источника питания, десятый резистор и светодйод диодного оптрона соединены последовательно и включены между шиной источника питания и выходом третьего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с входной шиной, а второй вывод девятого резистору подключен к общей шине.