ТРАНЗИСТОРНЫЙ ключ Советский патент 1973 года по МПК H03K17/08 

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов и может быть использовано в однокаскадных ключевых транзисторных устройствах и в выходных каскадах многоканальных транзисторных ключей.

Известные ключевые устройства на транзисторах, в цепь эмиттер-коллектор которых включена нагрузка, не обеспечивают защитного отказа. При пробое, обрыве перехода коллектор-эмиттер транзистора и при других повреждениях нагрузка, например электромагнитное реле, не отключается, что может быть причиной аварии. Не обеспечивается отключение нагрузки и при входном сигнале, значительно превышающем номинальные.

Целью предлагаемого изобретения является повыщение надежности работы устройства и защита его от перегрузок.

Для этого параллельно нагрузке подключен переключающийся диод и защитный элемент, например конденсатор, точка соединения которых с нагрузкой подключена к источнику питания через резистор.

На чертеже приведена схема предлагаемого транзисторного ключа.

Коллекторно-эмиттерный переход ключевого транзистора 1 и нагрузка 2, защунтированная конденсатором 3, соединены последовательно. Нагрузкой могут быть обмотки электромагнитного реле, реле с магнитоуправляемым контактом, обмотка управления магнитного усилителя или логического элемента автоматики; входная цепь преобразователя постоянного тока в переменный. Параллельно нагрузке 2

включается резистор 4, полупроводниковый днод 5 и переключающийся диод 6. Точка соединения диодов через резистор 7 подключается к источнику коллекторного напряжения. Резистор 4 служит для компенсации

разброса напряжений переключе 1ия диода 6. Величина его выбирается такой, чтобы сумма номинального напряжения на нагрузке на резисторе 4 была на 3-5 е меньще иапряжепия переключения диода 5при напрял :ении в 12-30

0 источника питания коллекторной цени. Диод 5 уменьщает коллекторный ток транзистора / при отсутствии входного сигнала. Для этой же цели вместо диода может применяться стабилитрон или переключающийся диод. Резистор

7 ограничивает коллекторный ток транзистора / и ток неуправляемого диода 6, а резисторы 8 и 9 предназначены для термостабилизацин режима и ограничения тока базы транзистора. Позицией 10 обозначен дополнительный транзистор, позицией 11 его нагрузка. Резисторы 12 и 13 аналогичны по назначению резисторам 8 и 9. Входной транзистор обозначен позицией 14, а его нагрузка - позицией 15. Резисторы 16 и 17 служат для термостабилизации режима

и ограничения тока базы транзистора 14. Позициями 18, 19, 20 и 2/ обозначены соответственно зажимы источников входного сигнала и коллекторного напряжения. Термостабилизация режима транзисторов осуществляется за счет применения в цепи база-эмиттер сопротивления с отрицательным температурным коэффициентом или другим способом.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

Транзистор / работает в режиме «закрыт полностью - не полностью открыт, т- е- при отсутствии входного сигнала закрыт полностью, а при поминальном напряжении входного сигнала отпирается не полностью, т. е. не насыщен.

Для надежной блокировки постоянное напряжение между коллектором и эмиттером ие полностью открытого транзистора должно быть не менее 7-10 в, а разница между напряжением переключения диода 6 и номинальным рабочим напряжением в точках его подключения должна составлять половину указанной величины.

При отсутствии входного сигнала транзисторы Ми полиостью закрыты, транзистор 10 полностью открыт, т. е. до насыщения.

При номинальном напряжении входного сигнала транзистор 14 отпирается не полиостью благодаря установке резисторов 16 и 17 определенной величины, а транзистор 10 запирается не полностью, т. е. напряжение между его коллектором и эмиттером на 7-10 в меньше напряжения источника питания коллекторной цепи. Этот режим осуществляется благодаря резистору 13 определенной величины. Транзистор / отпирается не полностью за счет установки определенной величины резистора 9, а нагрузка, например электромагнитное реле, включается, так как ее номинальный рабочий ток равен или меньще тока, протекающего через обмотку.

При пробое транзистора W, при обрыве резистора Р. при обрыве коллекторной цепи транзистора 14 и при некоторых других повреждениях транзистор 1 закрывается и нагрузка отключается, т. е. по этпм повреждениям предлагаемое устройство обладает защитным отказом. Для повыщения вероятности безотказной работы указанные элементы могут быть дублированы. При пробое транзистора /, обрыве цепи коллектор-эмиттер транзистора 10, при обрыве резисторов 13, 15, пробое транзистора 14 и при других повреждениях транзистор / замыкается накоротко или открывается до насыщения, а напряжение в точках подключения диода 6 становится больще напряжения его переключения - диод 6 переключается, а нагрузка 2 отключается.:

Аналогично обеспечивается отключение нагрузки и при входных сигналах, превыщающих номинальные.,

Многоканальные транзисторные ключи, в которых применен выходной каскад, выиолненный в соответствии с изобретением ,-работают аналогично. Предлагаемый транзисторный ключ был испытан при следующих условиях. Для питания коллекторной цепи использовано выпрямленное напряжение, равное .24 в. Обмотка электромагнитного реле типа РКН являлась нагрузкой выходного транзистора и имела сопротивление постоянному току 1200 ом и номинальный рабочий ток 10 ма. Транзисторы взяты типа П-25Б. Сопротивления 8, 12 и 16

взяты в 500 ом по рекомендации завода-изготовителя транзисторов. Неуправляемый переключающийся диод 6 взят типа Д227А с напряжением переключения 16 в, а конденсатор 3 типа МБГО емкостью 1 мкф. Сопротивление 4 жринято равным 200 ом, а сопротивление 7 - 300 ом. При принятом типе реле необходимость в диоде 5 отпала. Сопротивления 11 и 15 взяты по 4,7 ком. Величины остальных сопротивлений взяты в соответствии с получением необходи

мого режима транзисторов. Транзисторный ключ испытывался при работе от входного переменного напряжения с его выпрямлением и в режиме «реле времени. В последнем случае к зажимам 18, 19 подключался конденсатор типа КЗ-2 емкостью 500 мкф на 30 в. Конденсатор заряжался от источника коллекторного напряжения через сопротивление 50 ом.

Предмет изобретения

Транзисторный ключ, содержащий транзистор, в цепь эмиттер-коллектор которого включен нагрузочный элемент, например электромагнитное реле, и резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и защиты его от перегрузок, параллельно нагрузочному элементу подключен переключающийся диод н защитный элемент, на

пример конденсатор, причем точка соединения переключающегося диода и защитного нагрузочного элементов через резистор подключена к источнику питания. IB ,. 7/ртЧ тЮ I