Транзисторный ключ Советский патент 1991 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, дискретных электроприводах и в программируемых контроллерах.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей транзисторного ключа за счет уменьшения количества элементов и индикации состояния ключа.

На фиг.1 представлена схема транзисторного ключа; на фиг.2 - схема транзисторного ключа с расширенными функциональными возможностями.

Транзисторный ключ содержит первый, второй, третий и четвертый транзисторы 1-4 первого типа проводимости, пятый транзистор 5 второго типа проводимости, первый и второй диоды 6, 7, стабилитрон 8, первый и второй конденсаторы 9, 10, датчик 11 тока, пять резисторов 12... 16 и светодиод 17. база

первого транзистора 1 подключена к первым выводам первого резистора 12 и первого конденсатора 9. вторые выводы которых объединены, коллектор первого транзистора 1 соединен с выходной шиной 18 и через первый диод 6 - с первыми выводами стабилитрона 8 и второго резистора 13, эмиттер первого транзистора 1 подключен к первому выводу третьего резистора 14 и через датчик 11 тока - к общей шине 19. первому выводу второго конденсатора 10 эмиттерам второго и третьего транзисторов 2 и 3 второй вывод третьего резистора 14 соединен с вторым выводом второго конденсатора 10 коллектором пятого транзистора 5 и базой транзистора 3. коллектор которого подключен к базе транзистора 5 эмиттер которого соединен с первым выводом четвертого резистора 15, коллектор четвертого транзистора 4 подключен к первому выводу пятого резистора 16, первый вывод светодиода 17

СП

с

0

о

,0

С Ю

соединен с эмиттером четвертого транзистора 4 и вторым выводом второго резистора 13, второй вывод светодиода 17 подключен к второму выводу первого резистора 12 и через второй диод 7 - с базой четвертого транзистора 4 и эмиттером пятого транзистора 5, база которого соединена с вторым выводом четвертого резистора 15, первый вывод которого подключен к второму выводу пятого резистора 16, первый вывод которого соединен с входной шиной 20, второй вывод стабилитрона 8 подключен к второму выводу третьего резистора 14, первый вывод которого соединен с базой второго транзистора 2, коллектор которого подключен к базе первого транзистора 1. Первый и второй выводы источника 21 управляющего сигнала соединены соответственно с входной шиной 20 и общей шиной 19, Нагрузка 22 и источник 23 питания соединены последовательно и включены между выходной шиной 18 и общей шиной 19.

Кроме того, транзисторный ключ с расширенными функциональными возможностями содержит шестой транзистор 24 первого типа проводимости, третий, четвертый и пятый диоды 25, 26 и 27, третий и четвертый конденсаторы 28, 29, шестой и седьмой резисторы 30, 31, эмиттер шестого транзистора 24 через третий диод 25 соединен с первыми выводами четвертого и пя го- го диодов 26, 27, шестого резистора 30, третьего конденсатора 28, второй вывод четвертого диода 26 подключен к коллектору первого транзистора 1, второй вывод пятого диодя 27 соединен с коллектором третьего транзистора 3, эмиттер которого подключен к второму выводу шестого резистора 30, второму выводу третьего конденсатора 28 и первому выводу четвертого конденсатора 29, второй вывод которого соединен с первым выводом седьмого резистора 31 и базой шестого транзистора 24 коллектор которого подключен к второму выводу седьмого резистора 31 и входной шине 20.

Транзисторный ключ на фиг.1 работает следующим образом. В отсутствие входного сигнала ключ обесточен, транзисторы 1...5 выключены, на коллекторе транзистора 1 высокий уровень напряжения. При увеличении уровня напряжения на входе ключа по переднему фронту управляющего сигнала транзистор 4 начинает работать как эмит- терный повторитель, источником питания которого служит источник 21 управляющего сигнала и нагрузкой являются, в основном, цепь параллельно соединенных конденсатора 9 и резистора 12. Через светодиод 17, конденсатор 9 и резистор 12 начинает протекать ток, включающий транзистор 1. Транзистор 1 входит в режим насыщения и через диод 6 шунтирует стабилитрон 8 прежде. чем увеличение уровня напряжения на

эмиттере транзистора 4 через резистор 14 подняло бы напряжение на аноде диода 6 до величины пробоя стабилитрона 8.

Этому способствует и наличие форсирующего конденсатора 9. Напряжение пробоя

0 стабилитрона 8 выбрано на несколько вольт меньшим, чем напряжение источника 21 управляющего сигнала, но большим, чем напряжение на коллекторе транзистора 1 во включенном состоянии, сложенное с паде5 нием напряжения на диоде 6 от протекания тока, задаваемого резистором 13. В диапазоне условий эксплуатации задержка включения выходного транзистора 1 может привести к кратковременному увеличению

0 уровня напряжения на аноде диода 6 до величины пробоя стабилитрона 8 В этом случае предотвращение включения транзистора 3 достигается выбором соответствующей постоянной времени цепи: резистор 13

5 - конденсатор 10 Включенное состояние ключа индицируется зажженным светодио- дом 17.

При появлении перегрузки по току в течение времени большем, чем постоянная

0 цепи, определяемой конденсатором 10 и ре зистором 14. падение напряжения на датчике 11 тока вызывает увеличение напряжения на конденсаторе 10 и появление тока базы транзистора 3. Одновремен5 но в силу ограничения тока коллектора транзистора 1 (с помощью транзистора 2) напряжение на коллекторе возрастает, диод 6 запирается, потенциал его на аноде возрастает до величины, достаточной для про0 боя стабилитрона 8, и возникает дополнительная цепь заряда конденсатора 10 через резистор 13 и стабилитрон 8. Когда напряжение на конденсаторе 10 достигает величины, достаточной для отпирания тран5 зистора 3, его коллекторный ток, протекающий через резистор 15 и базу транзистора 5, вызовет отпирание транзистора 5. Коллекторный ток транзистора 5 ускорит процесс заряда конденсатора 10, процесс будет

0 лавинно нарастать, пока оба транзистора 3 и 5, образующие аналог тиристора, не откроются. Открытые транзисторы 3 и 5 понизят потенциал базы транзистора 4 в результате чего напряжение на его эмитте5 ре снизится до величины, близкой к нулю. его ток коллектора упадет до нуля, светоди- од 17 погаснет, сигнализируя о выключении ключа. При этом через переход эмиттер-база транзистора 1 течет часть тока разряда конденсатора 9. ускоряющая процессы выключениястранзистора 1. Величина отрицательного импульса разряда конденсатора 9, действующая на переход база-эмиттер транзистора 1, ограничивается транзистором 2, переходящим в инверсный режим работы на время разряда конденсатора 9 Транзисторы 3 и 5 удерживаются в открытом состоянии током, протекающим через резистор 16, до тех пор, пока на вход ключа не подается управляющий сигнал. После снятия управляющего сигнала схема ключа будет обесточена и через промежуток времени, достаточный для разряда конденсатора 10, будет вновь готова к включению.

Транзисторный ключ на фиг.2 работает, в основном, аналогично ключу на фиг.1. Отличие состоит в том, что для функционирования ключа без срабатывания цепи защиты необходимо дополнительное условие - при выключенном ключе наличие напряжения источника 23 питания на коллекторе выходного транзистора 1. При выключенном ключе конденсатор 28 заряжен от источника 23 питания через диод 26, а при включенном ключе - от источника 21 управляющего сигнала через транзистор 24 и диод 25 В этом случае диод 27 постоянно заперт и не оказывает влияния на схему ключа.

Если в цепи нагрузки 22 произошел обрыв, или отключился источник 23 питания, или возникло короткое замыкание в линии, связывающей нагрузку 22 и источник 23 питания с ключом, то напряжение на аноде диода 26 близко к нулю и, при отсутствии на входе ключа управляющего сигнала, диоды 25-27 закрыты и конденсатор 28 разряжен до нулевого потенциала.

Если на вход ключа теперь подать управляющий сигнал, то ключ сработает, но на короткое время, необходимое на срабатывание защиты. Одновременно с транзистором 1 включается транзистор 5. так как его база соединена с общей шиной 19 через диод 27 и разряженный конденсатор 28. Коллекторный ток транзистора 5 заряжает конденсатор 10 и открывает транзистор 3, что приводит к лавинообразному включению транзисторов 3 и 5. Открытые транзисторы 3 и 5 понизят потенциал базы транзистора 4 до величины, близкой к нулю, его ток коллектора, а следовательно, и ток базы транзистора 1 упадет до нуля и ключ будет приведен в состояние, когда транзистор 1 заперт, а защита включена

Восстановление исходного качества цепи нагрузки 22 не вызовет включения нагрузки 22 после срабатывания цепи защиты, так как транзистор 1 заперт. Включение нагрузки 22 возможно только после снятия и повторной подачи управляющего сигнала

Предлагаемый транзисторный ключ

имеет более высокую надежность и более

широкие функциональные возможности, чем

известные, за счет уменьшения количества

5 элементов и индикации состояния ключа.

Формула изобрет е-н и я 1 Транзисторный ключ, содержащий первый, второй, третий и четвертый транзи10 сторы первого типа проводимости, пятый транзистор второго типа проводимости, первый и второй диоды, стабилитрон, первый и второй конденсаторы, датчик тока и пять резисторов, база первого транзистора

5 подключена к первым выводом первого резистора и первого конденсатора, вторые выводы которых объединены, коллектор первого транзистора соединен с выходной шиной и через первый диод - с первыми

0 выводами стабилитрона и второго резистора, эмиттер первого транзистора подключен к первому выводу третьего резистора и через датчик тока - к общей шине, первому выводу второго конденсатора эмиттерам

5 второго и третьего транзисторов, второй вывод третьего резистора соединен с вторым выводом второго конденсатора, коллектором пятого транзистора и базой третьего транзистора коллектор которого подклю0 чен к базе пятого транзистора, эмиттер которого соединен с первым выводом четвертого резистора коллектор четвертого транзистора подключен к первому выводу пятого резистора, отличающийся тем.

5 что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, введен светодиод, первый вывод которого соединен с эмиттером четвертого транзистора и вторым выводом второго резистора,

0 второй вывод светодиода подключен к второму выводу первого резистора и через второй диод - к базе четвертого транзистора и эмиттеру пятого транзистора, база которого соединена с вторым выводом четвертого ре5 зистора, первый вывод которого подключен к второму выводу пятого резистора первый вывод которого соединен с входной шиной, второй вывод стабилитрона подключен к второму выводу третьего резистора, первый

0 вывод которого соединен с базой второго транзистора, коллектор которого подключен к базе первого транзистора

2. Ключ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что. с целью расширения функциональных

5 возможностей, введены шестой транзистор первого типа проводимости, третий, четвертый и пятый диоды, третий и четвертый конденсаторы, шестой и седьмой резисторы, эмиттер шестого транзистора через третий диод соединен с первыми выводами четвертого и пятого диодов, шестого резистора, третьего конденсатора, второй вывод четвертого диода подключен к коллектору первого транзистора, второй вывод пятого диода соединен с коллектором третьего транзистора.-эмиттер которого подключен к второму выводу шестого резистора, второму выводу третьего конденсатора и первому выводу четвертого конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом седьмого резистора и базой шестого транзистора, коллектор которого подключен к второму выводу седьмого резистора и входной шине.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики, дискретных электроприводах и в программируемых контроллерах. Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей транзисторного ключа - достигается путем уменьшения количества элементов и индикации состояния ключа. При наличии на шине 20 входного сигнала транзистор 4 открывается. Через светодиод 17, конденсатор 9 и резистор 12 начинает протекать ток, включающий транзистор 1, который насыщается и через диод 6 шунтирует стабилитрон 8 до наступления его пробоя. При перегрузке по току срабатывает аналог тиристора на транзисторах 3 и 5, что приводит к выключению транзисторов 4 и 1. 1 з.п.ф-лы., 1 ил.

18 / Я

Фиг,1

Фиг. 2