УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЗАДЕРЖКИ Советский патент 2008 года по МПК H03K17/56 

Изобретение относится к области автоматики и электротехники, точнее к тем разделам, которые занимаются управлением мощными исполнительными устройствами одноразового действия бортовых энергетических систем, в частности, использующими элементы и линии задержки.

В настоящее время известны многочисленные варианты элементов и линий задержки, построенных на различных комбинациях R, С и элементов, а также ультразвуковые линии задержки.

Общим недостатком указанных известных элементов задержки являются их сравнительно большие габариты, веса и стоимость.

Эти недостатки проявляются особенно сильно, если приходится осуществлять длительную временную задержку переднего фронта импульса тока большой амплитуды (единицы, десятки, сотни и тысячи ампер), так как в этом случае приходится применять большие по размеру, стоимости и весу активные и реактивные элементы.

Типичным решением задачи осуществления длительной временной задержки импульса большой амплитуды является сведение ее к комбинации 3-х задач: осуществления необходимой задержки относительно слабого сигнала, его усиление и последующее использование для приведения в действие, мощного коммутационного устройства (см., например, а.с. 267680 по ил. Н03K 17/56 опубл. 1970 г.). Однако подобного рода устройства представляют собой сложные многоэлементные схемы, обладающие недостаточной надежностью, большими габаритами и стоимостью.

Известно также применение в качестве неуправляемого элемента задержки одноразового действия полупроводникового диода с трансформируемой структурой, т.е. полупроводникового диода, работающего в режиме преднамеренного инициируемого термоэлектрического пробоя, завершающегося образованием низкоомной токопроводящей перемычки между электродами прибора (см. а.с. 1840629 от 3.3.1973 г.).

Указанное техническое решение позволяет осуществлять длительную нерегулируемую временную задержку электрического импульса большой амплитуды. Невозможность осуществить регулирование времени задержки снижает эффективность технического решения, описанного в а.с. 1840629, и существенно ограничивает область его возможного использования.

В качестве прототипа рассматриваемого предложения принято известное техническое решение фантастнон (см., например, "Справочник по основам радиолокационной техники", ред. В.В.Дружинина, Военное издат., 1967, стр.256 рис.6.45). В этом устройстве возможна регулировка длительности времени задержки сигнала путем изменения величин емкости конденсатора или сопротивления резистора, изменяющим исходное напряжение на аноде лампы.

Недостатками данного устройства являются его высокая сложность, низкая стойкость к механическим воздействиям, недостаточная надежность, что исключает возможность его применения в бортовой аппаратуре.

Целью данного изобретения является устранение отмеченных недостатков известных элементов задержки.

Сущность предложения состоит в применении в качестве управляемого элемента задержки полупроводникового транзистора с трансформируемой структурой.

Возможная схема включения полупроводникового транзистора с трансформируемой структурой как управляемого элемента задержки приведена на фиг.1, а на фиг.2 показана типичная осциллограмма изменения напряжения на выходе элемента задержки.

На фиг.1 обозначено:

1 - источник питания постоянного тока;

2 - полупроводниковый транзистор с трансформируемой структурой, выполняющий функции управляемого элемента задержки;

3 - нагрузка;

4 - переменный резистор R_б, величина сопротивления которого определяет режим работы полупроводникового транзистора 2, обеспечивая большую или меньшую задержку процесса трансформации его структуры и тем самым регулирование длительности временной задержки нарастания напряжения на нагрузке 3;

5 - ключевое устройство.

Управляемый элемент задержки согласно фиг.1 работает следующим образом.

При замыкании цепи устройством 5 напряжение источника питания 1 прикладывается к находящемуся в режиме отсечки транзистору 2. В зависимости от установленной величины сопротивления резистора 4 термоэлектрический пробой полупроводниковой структуры прибора 2 происходит с большей или меньшей скоростью (см. в конце описания). После завершения термоэлектрического пробоя в полупроводниковой структуре прибора 2 образуется низкоомная перемычка, закорачивающая его коллекторный и эмиттерный электроды. Металлическая проводимость указанной перемычки обеспечивает способность прибора пропускать постоянный или импульсный ток, который в сотни и тысячи раз превосходит ток, который протекает в обычных полупроводниковых приборах с неизменной структурой.

Следует отметить, что приведенный в данном примере вариант включения транзистора с трансформируемой структурой в качестве управляемого элемента задержки наиболее целесообразен, так как обеспечивает наилучшее использование эффекта положительной обратной связи по току, имеющего место в полупроводниковом приборе за счет чего в конечном счете достигается простота и эффективность регулирования длительности времени задержки.

Таким образом, применение полупроводникового транзистора с трансформируемой структурой в качестве управляемого элемента задержки обеспечивает интеграцию в одном приборе схемы управления длительностью временной задержки, элемента задержки и мощного коммутационного устройства. Это обеспечивает высокую эффективность данного предложения, позволяющего существенно улучшить характеристики цепей одноразового действия аппаратуры специального назначения.

Следует отметить, что аналогично описанному выше в качестве управляемого элемента задержки может применяться и тиристор, работающий в режиме с трансформацией структуры.

Вывод зависимости длительности временной задержки процесса трансформации структуры полупроводникового прибора от величины сопротивления резистора 4

Рассмотрим следующую формулу для расчета перепада температуры окружающей среды переход полупроводникового транзистора (см. "Транзисторы и полупроводниковые диоды" под ред. Николаевского, М., 1963 г., стр.71 форм.1.56).

где Р - мощность, рассеиваемая транзистором,

R_t - тепловое сопротивление транзистора,

α - тепловая постоянная времени объема, заключенного между переходом и корпусом.

Подставив в формулу (1) значение входящих в нее величин, получим

где Е - напряжение источника питания,

S - коэффициент нестабильности,

- начальный (температурный) ток коллекторного перехода,

ε - постоянная, характеризующая конструкцию прибора.

Преобразуем выражение (2) к следующему виду, подставив (см. И.П.Степаненко "Основы теории транзисторов и транзисторных схем". Госэнергоиздат, 1963 г., стр.163 формула 6-6).

Отсюда легко получить, что

Последняя формула показывает вид зависимости длительности времени задержки процесса трансформации структуры транзистора от величины сопротивления R_б.

Управляемый элемент задержки содержит времязадающий потенциометр, который подключен своим подвижным контактом к базе транзистора с трансформируемой структурой, другим контактом - к эммиттеру упомянутого транзистора, коллектор которого подключен к шине питания. Технический результат - упрощение и повышение допустимой мощности задерживаемого импульса. 2 ил.

Управляемый элемент задержки, содержащий времязадающий потенциометр, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения допустимой мощности задерживаемого импульса, времязадающий потенциометр подключен своим подвижным контактом к базе транзистора с трансформируемой структурой, а другим контактом - к эммиттеру упомянутого транзистора, коллектор которого подключен к шине питания.