Транзисторный ключ Советский патент 1989 года по МПК H03K17/567 

13

ел

hO

сд

;о

Ичс1бретеиие относ;1тся к импульсной технике н может быть использовано в устройствах силовой преобра- зо ательной и коммутационной техники

Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия - достигается путем введения в тр нзистор- Hbui ключ полевого транзистора, стабилитрона и терморезистора. Повышенное быстродействие обеспечивается при этом благодаря форсированному включению силового транзистора за счет большого выходного тока дифференциального усилителя, охваченного по-гюжительной обратной связью с нелинейного делителя напряжения на стабилитроне и одном из резисторов, и за счет выведения силового транзистора из насьпценного режима перед В1)1ключением, что уменьшает задержку выключения. Одновременное повышение належ(гости достигается за счет упрощения устройства, стабилизации на- сьпдения силового транзистора с использованием отрицательной обратной связи через терморезистор и устранения выбросов коллекторного тока силового транзистора.

На чертеже приведена принципиальная схема транзисторного ключа.

Устройство содержит силовой транзистор 1, дифференциальный усилитель 2, диод 3, стабилитрон 4, полевой транзистор 5, терморезистор 6, нагрузку 7 и три резистора 8-10.

Эмиттер силового транзистора 1 и анод стабилитрона А подключены к общей imuie 11, база силового транзистора через первый резистор подключена к выходу дифференциального усилителя 2, а через терморезистор 6 - к инвертирующему входу того же усилителя, неинвертирующий вход которого с точкой соединения катода стабилитрона 4 и первого вьшода вто роги резистора 9. Коллектор силовог транзистора 1 подключен к второму выводу второго резистора 9 и через нагрузку 7 соединен с клеммой 12 пи .

К инвертирующему входу дифферен- Ш ального усилителя 2 подключен катод диода 3, анод которого соединен с первой входной клеммой 13, и цепочка последовательно соединенных третьего резистора 10 и полевого транзистора 5, исток которого объеднен с общей шиной 11, а затвор подключен к второй входной клемме 14. Терморезистор 6 для надежного

теплового контакта размещается на радиаторе силового транзистора 1. В качестве дифференциального усилителя 1 может быть использован операционный усилитель.

0 Транзисторный ключ функционирует следующим образом.

При включении транзисторного ключа на первую входную клемму 13 пода5 ется нулевой потенциал относительно общей шины 11, эапираюш 1й диод 3. Нулевой потенциал также подается на вторую входную клемму 14, благодаря чему полевой транзистор 5 переводитQ ся в проводящее состояние. При этом напряжение с катода стабилитрона 4 подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 2, что приводит к формированию на выходе

5 этого усилителя импульса тока, который отпирает силовой транзистор 1.

По мере отпирания силового транзистора 1 напряжение на его коллекторе уменьшается и, достигнув значения меньшего напряжения стабилизации стабилитрона, будет полностью подаваться на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 2, так как сопротивление непробитого стаби5 литрона значительно больше сопротивления резистора 9. В результате наступит динамическое равновесие, когда на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 2 подается наQ пряжение коллектор - эмиттер силового транзистора, а на базе этого транзистора формируется напряжение, обеспечивающее равенство напряжений на обоих входах дифференциального

5 усилителя 1 с учетом делителя напряжения на третьем резисторе 10 и терморезисторе 6. Е1апряжение база - эмиттер определяет степень насыщения силового транзистора 1. Терморезистор 6, располагаясь на радиаторе силового транзистора 1 и имея с ним тепловую связь, уменьшает свое сопротивление по мере нагревания силового транзистора, что уменьшает коэффициент насьпцения, для того, чтобы компенсировать влияние температуры на увеличение длительности жизни неосновных носителей заряда в области базы.

0

0

5

Для выключения на вторую входную клемму 14 поступает положительный потенциал, запираю1ций полевой транзистор 5. Это приводит к выведению силового транзистора из насыщения, так как напряжение на базе силового транзистора становится равным напряжению на его коллекторе. Далее, с небольшой задержкой относительно сигнала на клемме 14, на первую вхоную клемму 13 поступает положительный потенциал, больший, чем напряжение стабилизации стабилитрона 4, В результате на выходе дифференциального усилителя появляется отрицательное максимальное напряжение, форсированно запирающее силовой транзистор 1, который до момента запирания был выведен из насьщения. Пока на первой входной клемме присутствует поЛожительньй потенциал, силовой транзистор находится в закрытом состоянии. Далее процесс повторяется. Время задержки подачи сигналов определяется временем рассасывания заряда базы силового транзистора при заданном его насыщении, определяемом резисторами 6 и 10.

Транзисторный ключ содержит меньшее число элементов по сравнению с известным устройством, причем отсутствуют дополнительные элементы в силовой цепи. Благодаря использованию терморезистора в цепи отрицательной обратной связи осуществляется стабилизация степени насыщения силового транзистора и отсутствуют выбросы коллекторного тока. При этом перед моментами запирания силовой транзистор выводится из насыщения, а запирание осуществляется максимальным током дифферен1Д1ального усилителя. В открытом состоянии силового транзистора 1 его коэффициент насыщения поддерживается постоянным при изменении тока нагрузки в широком диапазоне, а тепловая связь обеспечивает уменьшение насыщения силового транзистора при нагревании, что позволяет выбрать постоянным время между подачей сигналов на первую и

вторую входные . Входной ди- одно-транзисторньй ключ обеспечивает заданное управлением переключение дифференциального усилителя с использованием преимуществ, создаваемых цепями обратных связей за счет введенных стабилитрона и терморезистора.

Таким образом, форсирование процессов включения и выключения силового транзистора при упрощении устройства ведет к повышению надежности и быстродействия коммутации нагрузки с помощью транзисторного ключа.

20

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий силовой транзистор, дифференциальный усилитель, диод и три резистора, эмиттер силового транзистора соединен с общей шиной, база - с первым выводом первого резистора, а коллектор через нагрузку соединен с клеммой питания, неинвертирующий вход дифференциального усилителя

соединен с первым выводом второго . резистора, а инвертирующий вход - с первым выводом третьего резистора и катодом диода, отличающий- с я тем, что, с целью повьтения надежности и быстродействия, в него введены полевой транзистор, стабилитрон и терморезистор, причем анод диода подключен к первой входной клемме, затвор полевого транзистора,

который включен между вторым выводом третьего резистора и общей шиной, подключен к второй входной клемме, между инвepтиpyюпp м входом дифференциального усилителя, выход которого

соединен с вторым выводом первого резистора, и базой силового транзистора включен терморезистор, анод стабилитрона подключен к общей шине, а катод - к первому выводу второго

резистора, второй вывод которого соединен с коллектором силового транзистора.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах силовой коммутационной и преобразовательно техники. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия транзисторного ключа-достигается путем введения в него полевого транзистора 5, стабилитрона 4 и терморезистора 6. Форсированное переключение силового транзистора 1 обеспечивается благодаря большому току дифференциального усилителя 2, охваченного положительной обратной связью с нелинейного делителя напряжения на стабилитроне 4 и резисторе 9 и отрицательной обратной связью на терморезисторе 6 и резисторе 10. Выведение силового транзистора 1 из насыщения перед выключением повышает быстродействие и уменьшает выбросы коллекторного тока, а степень насыщения силового транзистора стабилизируется в широком диапазоне рабочих токов и температур с помощью терморезистора. Транзисторный ключ содержит также диод 3, резистор 8 и нагрузку 7. 1 ил.