Переключатель напряжения Советский патент 1989 года по МПК H03K17/60 

Фи.1

J- 17

3U99

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве быстродействующих переключателей высоковольтного напряжения в системах электростатической печати.

Цель изобретения - уменьшение рассеиваемой мощности.

На фиг. 1 и 2 представлены элект-г рические схемы переключателей положительного и отрицательного напряжений соответственно.

Переключатель напряжения (фиг. 1) содержит первый 1, второй 2, третий 3 четвертый 4, пятый 5 и шестой 6 транзисторы, первый 7, второй 8, третий 9 четвертый 10, пятый 11, шестой 12, седьмой 13, восьмой 14 резисторы, конденсатор 15 и диод 16. Эмиттер транзистора 1 подключен к общей шине 17, база - к коллектору транзистора 4, база которого соединена с первой управляющей шиной 18. Эмиттер транзистора 2 подключен к первой шине 19 питания, резисторы 7 и 8 включены последовательно между коллекторами транзисторов 1 и 2, точка соединения резисторов 7 и В соединена с выходной ШИН.ОЙ 20 устройства, между базой и эмиттером транзистора 2 включен резистор 9, между базой транзистора 2 и коллектором транзистора 3 включен резистор 11, эмиттер транзистора 3 через резистор 10 соединен с шиной 17, а база - с коллектором транзистора 5, база которого соединена с второй управляющей шиной 21, эмиттеры транзисторов 4 и 5 подключены к шине 17, а коллекторы через со- ртветствукщие резисторы 12 и 13 - к второй шине 22 питания. Коллектор и эмиттер транзистора 6 подключены к эмиттеру и базе транзистора 2 соответственно, база транзистора 6 через конденсатор 15 подключена к коллектору транзистора 3, резистор 14 включен между базой и эмиттером транзистора 6, анод диода 16 соединен с эмиттером, а катод - с базой транзистора 6

Переключатель работает следующим образом.

В статическом состоянии на базе транзистора 4 присутствует напряжение низкого уровня, а на базе транзистора 5 - BticoKoro уровня. Транзистор 4 закрыт, а пятый транзистор 5 - открыт и насыщен. Ток от шины 21 через резистор 12 поступает в базу транзисто

ра 1, который переходит в состояние насыщения, а ток через резистор 13 - в коллектор насыщенного транзистора 5, следовательно, транзистор 3 заперт. Отсутствие тока коллектора транзистора 3 приводит к тому, что транзистор 2 также закрыт. Закрыт и транзистор 6. На шине 20 присутствует напряжение низкого уровня. При изменении состояния на шинах 18 и 21, когда на базе транзистора 4 появляется напряжение высокого уровня, а на базе транзистора 5 - низкого уровня, в насыщенное состояние переходит транзистор 4, а транзистор 5 выключается. Ток от шины 21 через резистор 12 поступает в коллектор транзистора 4, а ток через резистор 7 - в базу транзистора 3 и переводит его в активный режим. Транзистор 1 закрывается, так как его база подключается к общей шине 17 через сопротивление на- сьш1енного транзистора 4. Ток через транзистор 3 определяется напряжением на его базе и номиналом резистора 10. В первом приближении, пренебрегая током базы транзистора 3 (что допускается, учитывая большой коэффициент усиления транзистора в активном режиме) , получаем ток коллектора, равный

En2-Uff93

кэ

R,

0 Q ,

5

0

где Е

и

nt

4 - 63i

ТОК коллектора транзисто-

ра 3;

напряжение на шине 22;

сопротивление резистора напряжение база - эмиттер третьего транзистора 3 0,7 В.

Ток коллектора транзистора 3 складывается из тока базы транзистора 2 и тока через резистор 9. Транзистор 2 открывается и переходит в насыщенный режим. На шине 20 появляется напряжение высокого уровня, близкое к напряжению на шине 19. Одновременно ток коллектора транзистора 3 через диод 16 и резистор 14 заряжает конденсатор 15. После окончания заряда конденсатора 15 (постоянная времени заряда определяется емкостью конденсатора и сопротивлением р - п-перехода диода 16 и достаточно мала) ток коллектора транзистора 3 протекает только через резистор 11. На конденсаторе 15 накапливается заряд, определяемый током коллектора транзистора 3 и номиналом резистора 11. Все это время транзистор 6 закрыт и не влияет на время включения транзистора 2.

При последующей смене управляющих сигналов на шинах 18 и 21, когда транзистор 1 переходит в насыщенное состояние, а транзистор 3 выключается и закрывается транзистор 2, начинаются разряд накопленного заряда на конденсаторе 15 через переход база - эмиттер транзистора 6, перевод его в насыщенное состояние. Происходит ускоренный разряда носителей в базе транзистора 2 через насыщенный транзисто 6 и ускоряется процесс выключения г этого транзистора. Резисторы 7 и 8 служат для ограничения возможных бросков сквозного тока при переключении схемы и в предлагаемом устройстве в приниципе могут отсутствовать.

Сокращение времени выключения транзисторов достигается за счет того, что накопленный заряд базы транзистора 1 разряжается через насыщенный транзистор 4, а накопленный заряд базы транзистора 2 разряжается принудительно током транзистора 6, чем достигается сокращение времени выключения транзисторов в 3-5 раз, такое же уменьшение длительности сквозного тока при переключении и уменьшение амплитуды сквозного тока до трех раз за счет того, что в данной схеме исключена возможность одновременного нахождения транзисторов 1 и 2 в открытом насьш;енном состоянии при переходном режиме.. Все это приводит к более чем 10-кратному уменьшению рассеиваемой мощности при переключениях схемы.

Переключатель напряжения возможно применять в высоковольтных переклю- чателях напряжения в системах элект« ростатической печати для переключения положительных напряжений. Для переключения отрицательных напряжений в устройстве достаточно заменить тип проводимости всех транзисторов и, соответственно, изменить действующие наггряжепия. Пример такого устройства приведен .на фиг. 2, в котором возможно использовать низковольтное положительное напряжение (например, +5 В)

9473

и зем.пю

10

вместо земли и зем.пю вместо отрицательного. В этом случае устройство переключает низковольтное положительное и высоковольтное отрицательное напряжения. Принцип работы переключателя отрицательного напряжения (фиг.2) аналогичен принципу работы переключателя положительного напряжения (фиг. 1).

5

0

5

0

Формула изобретения Переключатель напряжения, содержащий первый транзистор, эмиттер которого подключен к общей шине, второй транзистор, эмиттер которого подклю-г чен к первой шине питания, первый и второй резисторы, которые вклйчены между коллекторами первого и второго транзисторов, точка соединения кото- / рых соединена с выходной шиной, третий резистор, который включен между базой и эмиттером второго транзистора, третий транзистор, между эмиттером которого и общей шиной включен четвертый резистор, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью уменьшения рассеиваемой мощности, введены четвертый, пятый и шестой транзисторы, пятый - восьмой резисторы, диод и конденсатор, пятый резистор включен между базой второго и коллектором третьего транзисторов, коллекторы четвертого и пятого транзисторов подключены соответветственно к базам

5 первого и третьего транзисторов, а их эмиттеры подключены к общей шине, шестой и седьмой резисторы включены между второй шиной питания и коллекторами четвертого и пятого транзисторов

соответственно, базы четвертого и пятого транзисторов подключены к первой и второй управляюш;им шинам соответственно, коллектор и эмиттер шестого транзистора подключены соответственно

5 к эмиттеру и базе второго транзистора, база шестого транзистора через . конденсатор подключена к коллектору третьего транзистора, восьмой резистор включен между базой и эмиттером

0 шестого транзистора, анод диода подключен к эмиттеру шестого транзистора, а катод - к его базе.

Я

/7 21

110

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве быстродействующих переключателей высоковольтного напряжения в системах электростатической печати. Цель изобретения - уменьшение рассеиваемой мощности. Для этого в устройство введены три транзистора 4-6, четыре резистора 11-14, конденсатор 15 и диод 16. Устройство содержит также три транзистора 1-3, четыре резситора 7-10. На схеме, кроме того, обозначены шины 19, 22 питания, общая шина 17, управляющие шины 18, 21. В устройстве исключена возможность одновременного нахождения транзисторов 1 и 2 в открытом насыщенном состоянии при переходном режиме, что приводит к более чем 10-ти кратному уменьшению рассеиваемой мощности при переключениях устройства. 2 ил.

Фи,г.2