Двухтактный ключ переменного напряжения Советский патент 1988 года по МПК H03K17/68 

Изобретение относится к бесконтактным переключателям переменного напряжения и может быть использовано в качестве выключателя электрических нагрузок малой мощности, в частности в схемах управления электролюминесцентными индикаторами.

Цель изобретения - повышение надежности работы.

На чертеже приведена электрическа схема предлагаемого двухтактного ключа переменного напряжения.

Устройство содержит первый транзистор 1 п-р- пгтипа,второй транзистор 2 р-п-р-типа,третий транзистор 3 п-р-п- Гипа,четвертый транзистор 4 р-п-р-ти- па, пятый транзистор 5 п-р-п-типа, шестой транзистор 6 р-п-р-типа, седь мой транзистор 7 п-р-п-типа,. восьмой транзистор 8 р-п-р-типа, первый 9, второй 10, третий 11, четвертый 12, пятый 13, шестой 14, седьмой 15, восьмой 16, девятый 17, десятый 18, одиннадцатый 9, двенадцатый 20 дио- ды; первый 21, второй 22, третий 23, четвертый 24, пятый 25, шестой 26, седьмой 27, восьмой 28,девятый 29, десятый 30, одиннадцатый 31 резисторы; первый. 32, второй 33, третий 34, четвертьй 35 электронные ключи, нагрузку 36, трансформатор питания 37, состоящий из обмотки 38 управления и двух вторичных обмоток: первой 39, обеспечивающей напряжение первого ис точника 40 переменного напряжения, и второй 41, обеспечивающей напряжение второго источника 42- переменного напряжения, шину 43 отрицательного источника напряжения, шину 44 положи тельного источника напряжения, общую шину 45, входную шину 46. В качестве электронных ключей 32-35 могут использоваться любые микросхемы типа 564КТЗ, 590КН4, 590КН5 и т.д., пред- назначенные для коммутации напряжений с амплитудой до ±10 В.

К коллектору транзистора 1 подключен катод диода 9, между базой т ран- зистора 1 и шиной 44 включен резне- тор 21, к коллектору транзистора 2 подключен анод диода 10, между базой транзистора 2 и шиной 43 включен резистор 22, анод диода 9 соединен с катодом диода 10 и с первым зыводом нагрузки 36, анод диода 11 подключен к эмиттеру транзистора 1, а катод - к обшей шине 45, катод диода 12 подключен к эмиттеру транзистор-э 2, а

анод - к общей шине 45, к коллектору транзистора 3 подключен катод днода 13, к коллектору транзистора 4 подключен анод диода 14, анод диода 13 соединен с катодом диода 14, между базами и общей шиной 45 транзисторов 3 и 4 включены соответственно резисторы 23 и 24, к общей шине 45 подключен катод диода 15 и анод диода

16,резистор 25 включен между эмиттером транзистора 3 и анодом диода 15, резистор 26 включен между эмиттером транзистора 4 и катодом диода 16 эмиттер транзистора 5 подключен к первому источнику 40 переменного напряжения , коллектор - к катоду диода

17,между базой и эмиттером транзистора 5 включен ре.зистор 27, эмиттер транзистора 6 подключен к первому источнику 40 переменного напряжения, коллектор - к аноду диода 18, междз базой и эмиттером транзистора 6 включен резистор 28, анод диода 17 соединен с катодом диода 18 и подключен к первому выводу нагрузки 36, второй вывод которой соединен с общей шиной 45, к базе транзистора 5 подключен эмиттер транзистора 7, база которого подключена к аноду диода 13 и катоду диода 14, к базе транзистора 6 подключен эмиттер транзистора 8, база которого соединена с базой транзистора 7, к второму источнику 42 переменного напряжения, который синхронизирован с первым источником 40 переменного напряжения, подключен анод диода 19 и катод диода 20, между катодом диода 19 и коллектором транзистора 7 включен резистор 29, между анодом диода 20 и коллектором транзистора 8 включен резистор 30, резистор 31 включен между первым источником 40 переменного напряжения и объединенными базами транзисторов 7 и 8, первый и второй контакты электронного ключа 32 включены между базой транзистора

1 и общей шиной 45, первый и второй контакты электронного ключа 33 включены между базой транзистора 2 и общей шиной 45, первый и второй контакты электронного ключа 34 включены между шиной 44 и базой транзистора 3, первый и второй контакты электронного ключа 35 включены между шиной 43 и базой транзистора 4, управляющие входы всех четырех электронных ключей 32-35 объединены и подключены к входной шине 46 устройства. Первый и вто314

рой источники 40 и 42 переменного напряжения представляют собой две вторичные обмотки 39 и 41 трансформатора 37 питания с одной общей обмоткой 38 управления, одноименные кония вторичных обмоток объединены в точке получения напряжения первого источника 40 переменного .напряжения.

Устройство работает следующим об- разом.

Для управления нагрузкой 36 необходимо переменное напряжение амплитудой 150-250 В. Необходимое для этого напряжение снимается с первой вто- ричной обмотки 39 трансформатора 37 питания и является первым источником 40 переменного напряжения Е . Выход второй вторичной обмотки 41 трансформатора 37 питания является вторым ис- точником 42 переменного напряжения причем за счет включения вторичных обмоток 39 и 41 и использования одной первичной обмотки 38 управления

+Eji - y 6j 3 ;;: U4JJi

Rjs напряжение на шине 44; напряжение база - эмиттер транзистора 3; падение напряжения на диоде 13;

номинал резистора 25, рицательной полуволне Hanpfi- ервого источника 40 переменряжения ток протекает через р 4 и определяется величи

и

R

и

напряжение на шине 43; напряжение база - эмиттер транзистора 4;

- падение напряжения на диоде 16; номинал резистора 26.

13 и 14 служат для предотсмещения в прямом направпё

Изобретение относится к бесконтактным переключателям переменного напряжения и может быть использовано в качестве выключателя электрических нагрузок малой мощности, в частности, в схемах управления электролкминес- центными индикаторами. Цель изобретения - повьапение надежности. Предлагаемый двухтактный ключ управляется сигналами логических микросхем, что упрощает схему управления им, и имеет незначительную рассеиваемую мощность. При этом достигается снижение массогабаритных характеристик устройств управления в 5-6 раз. 1 ил. (Л

первый и второй источники 40 и А2 пе- 25 нии коллекторных переходов соответ- ременного напряжения синхронизированы ственно транзисторов 3 и 4. по частоте и фазе, а амплитуда второ- Транзисторы 1 и 2 закрыты за счет го источник 42 меньше амплитуды пер- того, что их базы соединены с общей

шиной 45 через сопротивление замкну- 30 тых электронных ключей 32 и 33, ток от шины 44 протекает через резистор 21 на общую шкчу 45 через.электронный ключ 32, а ток от шины 43 протекает через резистор 22 на общую шину 45 через электронный ключ 33. Диоды 11 и 12 включены для компенсации падения напряжения от шин 43 и 44 на сопротивлении электронных ключей 32 и 33 и надежного запирания транзисторов

40

35

вого источника 40 на постоянную величину ЗЕ IE 1 I - I . Величина ЛЕ составляет 5-10 В, что уменьшает рассеиваемую мощность устройства.

При подаче на входную шину 46 напряжения логического уровня оно поступает на управляющие входы электронных ключей 32-35, которые либо замыкают, либо разрывают цепь между первым и вторым контактами указанных ключей. В первом случае, если первый и второй контакты электронных ключей 32-35 замкнуты, на базу транзистора 3 подается напряжение с шины 44 +Ер через сопротивление замкнутого электронного ключа 34, на базу транзистора 4 подается напряжение с шины 43 -Е через сопротивление замкнутого электронного ключа 35, базы транзисторов 1 и 2 подключены к общей шине 45 через сопротивление замкнутых . электронньк ключей 32 и 33. Транзисторы 3 и 4 включены по схеме эмит- терных повторителей и переходят в режим ограничения тока,т.е. в цепях их эмиттеров включены резисторы 25

и 26. При положительной полуволне на- gg где напряжение база - эмиттер пряжения от первого источника 40 переменного напряжения ток протекает U через транзистор 3 и определяется величиной ,

1 и 2. Диоды 9 и 10 служат для предотвращения смещения в прямом направлении коллекторньрс переходов, соответственно, транзисторов 1 и 2,

Ток от первого источника 40 пере- 45 менного напряжения, протекая через транзисторы 3 и 4, создает на резисторе 31 падение напряжения, достаточное для открытия транзисторов 7 и З.., При положительной полуволне от первого источника 40 переменного напряжения транзисторы 6 и 8 открываются. В базу транзистора 8 поступает ток

IB 1э - (U538 U8n).

50

5-3 (, R,

-гt

транзистора 8; напряжение база - эмиттер транзистора 6; номинал резистора 31.

30

35

1 и 2. Диоды 9 и 10 служат для предотвращения смещения в прямом направлении коллекторньрс переходов, соответственно, транзисторов 1 и 2,

Ток от первого источника 40 пере- менного напряжения, протекая через транзисторы 3 и 4, создает на резисторе 31 падение напряжения, достаточное для открытия транзисторов 7 и З.., При положительной полуволне от первого источника 40 переменного напряжения транзисторы 6 и 8 открываются. В базу транзистора 8 поступает ток

IB 1э - (U538 U8n).

напряжение база - эмиттер

транзистора 8; напряжение база - эмиттер транзистора 6; номинал резистора 31.

Транзистор 8 переходит в ключевой режим, и через него протекает ток, зависящий от разности напряжений первого и второго источников 40 и 42 переменного напряжения и номинала резистора 30, Этот ток определяется величиной

ЛЕ - HSit UKS - UASO « ,

где 4Е - разность напряжений первого и второго источников 40 и 42 переменных напряжений; - напряжение база - эмиттер

транзистора 6j

Ukje напряжение насыщения коллектор - эмиттер транзистора 8 - падение напряжения на диоде 20;

R30 - номинал резистора 30, В базу транзистора 6 поступает ток

Ifft I - Usat/ 28.

где R 2S номинал резистора 28.

Аналогично происходит открывание транзисторов 5 и 7 при отрицательной полуволне напряжения первого источника 40 переменного напряжения. Диоды 17-20 служат для предотвращения сме- щения в прямом направлении коллекторных переходов соответственно транзисторов 5-8 Положительная полуволна напряжения от источника 40 поступает в нагрузку 36 через насыщенный тран- зистор 6, а отрицательная полуволна напряжения поступает в нагрузку 36 через насыщенный транзистор 5. Так как транзисторы 1 и 2 закрыты, то, практически, все напряжение от перво- го источника 40 прикладывается к нагрузке 36, Через транзисторы 1 и 2 протекают только обратные токи коллекторов, которые не влияют на яркость свечения электропюминесцентно- го индикатора нагрузки 36,

Так как разность напряжений первого и второго источников 40 и 42 переменного напряжения вала, то транзисторы 7 и 8 выбираются низковольтными с большим коэффициентом усиления, что позволяет значительно уменьшить токи от первого источника 40 переменного напряжения через транзисторы 3 и 4 и увеличить ток, поступающий в базы транзисторов 5 и 6 через транзисторы 7 rf 8 соответственно, 6 первом случае, ток от первого источника 40 определяет основную рассеиваемую мощность устройства, а во втором случае ток, поступающий в базы транзисторов 5 и 6, определяет нагрузочную способность устройства.

Суммарная рассеивающая мощность устройства определяется

Р Е. + ЛЕ I

SS,S(,

где Е - напряжение первого источника 40 переменного напряжения (равное 150-250 В); 1э,4 ток через транзисторы 3 и 4; .,-Е - разность между напряжением первого и второго источников 40 и 42 переменного напряжения (равное 5-10 В); Ig-j ток, поступающий в базу

транзисторов 5 и 6. Использование двух вторичных обмоток 39 и 41 в транзисторе 37 питания позволяет получить при минимально возможной рассеиваемой мощности максимально возможную нагрузочную способность устройства.

Во втором случае, если первьй и второй контакты электронных ключей 32-35 разомкнуты, базы транзисторов 3 и 4 через резисторы 23 и 24 подключены только к общей шине 45. Тока через электронные.ключи 34 и 35 от шин 43 и 45 нет. Транзисторы 3 и 4 закрыты. Диоды 15 и 16 служат для надежного запирания транзисторов 3 и 4. Ток через резистор 31 также отсутствует. Транзисторы 7 и 8 закрыты; ток через них не протекает. Следовательно, за счет наличия резисторов 27 и 28 закрыты транзисторы 5 и 6. Через них могут протекать только обратные токи коллекторных переходов транзисторов 5 и 6 и обратные токи диодов 17 и 18. С другой стороны, ток от шины 44 через резистор 21 поступает в базу транзистора 1, а ток от шины 43 через резистор 22 поступает в базу транзистора 2. Транзисторы 1 и 2 открыты и насыщены, поэтому все токи утечки: обратные токи коллекто р- luix переходов транзисторов 5 и 6, обратные токи диодов 17 и 18 протекают на общую шину 45 не через нагрузку 36, а через диод 9, насьш1енный транзистор 1, диод 11 или через диод 10, насыщенный транзистор 2, диод 12, что полностью исключает возможность паразитной подсветки электролюминесцентного индикатора вые зависимости от его емкости.

Предлагаемой двухтактный ключ переменного напряжения повышает надежность и расширяет диапазон нагрузочных емкостей при работе с электро люминесцентными индикаторами, управляется сигналами логических микросхем, что упрощает схему управления им и имеет незначительную рассеивающую мощност.ь, что позволяет изготовить его в микроминиатюрном исполнении по гибридной технологии. При этом достигается снижение массогаба- ритных характеристик устройств управления электролюминесцентными индикаторами в 5-6 раз.

Формула изоб. ретения20

Двухтактный ключ переменного напряжения, содержащий первый транзистор п-р-п-типа проводимости, второй транзистор р-п-рттипа проводимости, 25 два диода, два резистора, первый источник переменного напряжения, источник полож.гельного напряжения j. источник отрицательного напряжения, коллектор первого транзистора соединен с ЗО катодом первого диода, между базой первого транзистора и шиной источника положительного напряжения включен первьй резистор, коллектор второго транзистора соединен с анодом второго диода, а между базой второго тран- зистрра и шиной источника отрицатель- ного напряжения включен второй резистор, анод первого диода соединен с катодом второго диода и с первым вы- 40 водом нагрузки, .отличающий- с я тем, что, с целью повьшения надежности работы, введены третий транзистор п-р-п-типа проводимости, четпервая и вторая вторичные обмотки трансформатора питания одноименным концами объединены в точке получен напряжения первого источника перем ного напряжения, анод третьего дио соединен с эмиттером первого транз тора, а катод - с общей шиной, кат четвертого диода соединен с эмитте ром второго транзистора, а анод - общей шиной, с коллектором третьег транзистора соединен катод.пятого диода, с коллектором четвертого транзистора соединен анод шестого диода, анод пятого диода соеданен катодом шестого диода, между базам третьего и четвертого транзисторов общей шиной включены соответственн третий и четвертый резисторы, като седьмого диода и анод восьмого дио соединены с общей шиной, между эми тером третьего транзистора и анодо седьмого, диода включен пятый резис

35

тор, между эмиттером четвертого тр зистора и катодом восьмого диода включен шестой резистор, эмиттер п того Транзистора соединен с первь источником переменного напряжения, коллектор - с катодом девятого дио да , между базой и эмиттером пятого транзистора включен седьмой резист эмиттер щестого транзистора соедин с первым источником переменного на пряжения, коллектор - с анодом дес того диода, между базой и эмиттеро шестого транзистора включен восьмо резистор, анод девятого диода соед нен с катодом десятого диода и под ключен к первому выводу нагрузки, второй вывод которой соединен с об щей шиной, к базе пятого транзисто подключен эмиттер седьмого транзи тора, база которого соединена с ан дом пятого диода и катодом шестого

вертый транзистор р-п-р-типа проводи- 45 ДИОда, к базе шестого транзистора

мости, пятый транзистор п-р-п-типа проводимости, шестой транзистор р-п - р-типа проводимости, седьмой транзистор п-р-п-типа проводимости, восьмой

транзистор р-п-р-типа проводимости, gg

десять диодов, девять резисторов, четыре электронных клшча и трансформатор питания, состоящий из обмотки управления, первой вторичной обмотки, которая обеспечивает напряжение первого источника переменного напряжения, и второй вторичной обмотки, которая обеспечивает напряжение второго источника, переменного напряжения,

подключен эмиттер восьмого транзис ра, база которого соединена с базо седьмого транзистора, к второму ис точнику переменного напряжения, ко рый синхронизирован с первым источ ником переменного напряжения, подк чен анод одиннадцатого диода и кат двенадцатого диода, между катодом одиннадцатого диода и коллектором ее седьмого транзистора включен девят резистор, между анодом двенадцатог диода и коллектором восьмого транз тора включен десятый резистор, оди надцатый резистор включен между пе

10

20

25ЗО4084058

первая и вторая вторичные обмотки трансформатора питания одноименными концами объединены в точке получения напряжения первого источника переменного напряжения, анод третьего диода соединен с эмиттером первого транзистора, а катод - с общей шиной, катод четвертого диода соединен с эмиттером второго транзистора, а анод - с общей шиной, с коллектором третьего транзистора соединен катод.пятого диода, с коллектором четвертого транзистора соединен анод шестого диода, анод пятого диода соеданен с катодом шестого диода, между базами третьего и четвертого транзисторов и общей шиной включены соответственно третий и четвертый резисторы, катод седьмого диода и анод восьмого диода соединены с общей шиной, между эмиттером третьего транзистора и анодом седьмого, диода включен пятый резис15

5 О 0

5

тор, между эмиттером четвертого транзистора и катодом восьмого диода включен шестой резистор, эмиттер пятого Транзистора соединен с первьгм источником переменного напряжения, коллектор - с катодом девятого диода , между базой и эмиттером пятого транзистора включен седьмой резистор, эмиттер щестого транзистора соединен с первым источником переменного напряжения, коллектор - с анодом десятого диода, между базой и эмиттером шестого транзистора включен восьмой резистор, анод девятого диода соединен с катодом десятого диода и подключен к первому выводу нагрузки, второй вывод которой соединен с общей шиной, к базе пятого транзистора подключен эмиттер седьмого транзистора, база которого соединена с анодом пятого диода и катодом шестого

g

подключен эмиттер восьмого транзистора, база которого соединена с базой седьмого транзистора, к второму источнику переменного напряжения, который синхронизирован с первым источником переменного напряжения, подключен анод одиннадцатого диода и катод двенадцатого диода, между катодом одиннадцатого диода и коллектором е седьмого транзистора включен девятый резистор, между анодом двенадцатого диода и коллектором восьмого транзистора включен десятый резистор, один- надцатый резистор включен между первым источником переменного напряжени и объединенными базами седьмого и восьмого транзисторов, первый и второй контакты первого электронного ключа включены между базой первого транзистора и общей шиной, первый и второй контакты второго электронного ключа вклкмены между базой второго транзистора и общей шиной, первый и второй контакты третьего электронноД8405- 10

го ключа включены между шиной положительного источника питания и базой третьего транзистора, первый и второй контакты четвертого электронного ключа включены между шиной отрицательного источника напряжения и базой четвертого транзистора, управляющие входы четырех электронных ключей объеди- 10 нены и подключены к входной шине устройства.