Полупроводниковое реле времени Советский патент 1981 года по МПК H03K17/28 H01H43/04 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к электрон ной технике и может быть использова но в аппаратуре и приборах различно назначения для коммутации электриче ких цепей через определенные промеж ки времени, регулируемые в-широком Диапазоне. Известно реле времени, содержаще стабилизированный источник постоянно го тока, времязадающую RC-цепочку, подключенную через дозирующий конде сатор к сетке разделительного тиратрона тлеющего разряда, накопительный конденсатор, включенный в анодную цепь порогового тиратрона тлеюще го разряда, исполнительное электромагнитное реле и тиристор, анод которого через резистор подключен к источнику постоянного тока и через диод к времязадающему конденсатору, при этом управляющий электрод тиристора соединен с накопительным конденсатором Til. Недостатком зтого реле времени яв ляется то, что для стабилизации характеристик и параметров во времени Новые тиратроны и тиратроны после длительного хранения необходимо тре нировать, т.е. выдерживать под номинальным током в течение 40-60 ч, после чего их параметры и характеристика стабилизируются. Недостаточная тренировка влияет на уход параметров и характеристик с течением времени, а это приводит к нестабильности времени вьадержки реле времени и усложняет условия эксплуатации реле времени. Наиболее близким техническим решением является полупроводниковое реле времени, содержащее усилитель на двух совмещенных транзисторах типа п-р-п и р-п-р,охваченных положительной последовательной обратной связью по току, времяЗсвдающую RC-цепь, два диода,тиристор и исполнительное реле, соединенные последовательно и подключенные к клеммам для подключения источника питания, причем один из диодов подключен анодом к коллектору р-п-р транзистора, а катодом соединен с базой п-р-п транзистора, резистор времязадающей RC-цепи включен между клеммой для подключения плюОа источника питания и базой п-р-п транзистора, конденсатор времязадающей RC-цепи одним выводом соединен с анодом указанного одного диода, один из резисторов включен в цепь коллектора п-р-п транзистора другой,третий и четвертый резисторы образуют напряжение в цепи эмиттера р-п-р транзистора, включенный между клемMaivM для подключения источника питания, к одной из точек соединения резисторов указанного делителя напряжения подключен эмиттер п-р-п транзистора, пятый и шестой резисторы образуют делитель напряжения в цепи управляющего электрода Тиристора и подключены между клеммой для подключения минуса источника питания и анодом указанного одного диода 21 .

Однако в известном полупроводниковом реле времени невозможно регулировать время выдержки в широком диапазоне за счет увеличения сопротивления резистора или емкости электролитического конденсатора времязадающей RC-цепочки при обеспечении высокой надежности и стабильности работы во всем диапазоне. Это ограничение вызвано тем, что при изменении сопротивления времязадающего резистора меняется также и величина напряжения на переходе коллектор база входного транзистора усилителя, в то время как напряжение между коллектором и базой другого транзистора усилителя остается постоянным. Алгебраическая сумма напрялсений на этих переходах транзисторов, межд которыми включен электролитический времязадающий конденсатор, при переходе их в режим насыщения (в момен срабатывания полупроводникового реле времени) меняет свой знак, а по свое величине остается зависимой от величины напряжения на переходе коллектобаза входного транзистора усилителя или тоже самое - от величины сопротивления времязадающего резистора RC-цепочки. И в случае длительной ком 1утации внешних электрических цепей (при нахождении полупроводникового реле времени во включенном состоянии) электролитический конденсатор, разряжаясь через внутреннее сопротивление схемы, перезаряжается под воздействием этого образовавшегося обратного напряжения. В результате при повторном включении из-за явления расформовки вентильного металла (анода) и увеличения токов утечки конденсатора снижается надежность работы и стабильность выдержки времени.

Расширение диапазона регулирования выдержки времени за счет увеличения емкости конденсатора времязадающей RC-цепочки не целесообразно по причине возрастания токов утечки его и снижения стабильности работы.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования вьщержки времени при одинаково высокой надежности и стабильности работы во всем диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковое реле времени, содержащее усилитель на двух совмещенных транзисторах типов п-р-п и р-п-р, охваченных положительной последовательной обратной связи по току, времязадающую НС-цепь два диода, тиристор и исполнительное реле, соединенные последовательно и подключенные к клеммам для подключения источника питания, причем один из диодов подключен анодом к коллектору р-п-р транзистора, а катодом соединен с базой п-р-п транзистора, резистор I времязадающей ftC-цепи включен между клеммой для подключения плюса источника питания и базой п-ртразистора, конденсатор времязадающей RC-цепи одним выводом соединен с анодом указанного одного диода, один из резисторов включен в цепь коллектора п-р-п транзистора, другой третий и четвертый резисторы образуют делитель напряжения в цепи эмиттера р-п-р транзистора, включенный между клеммами для подключения источника питания, к средней точке указанного делителя напряжения подключен эмиттер п-р-п транзистора, пятый и шестой резисторы образуют делитель напряжения в цепи управляющего электрода тиристора и подключены между клеммой для подключения минуса источника питания и анодом указанного однго диода, введены другое реле и дополнительный резистор, другое реле подключено к клеммам для подключения источника питания, дополнительный резистор и размыкающие контакты другго реле образуют последовательную разряжающую цепь, включенную параллельно конденсатору RC-цепи, причем другой диод катодом соединен с другим выводом конденсатора RC-цепи, а анодом соединен с базой п-р-п транзистора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема полупроводникового реле времени.

Реле времени содержит времязадающую RC-цепь, состоящую из резистора 1 и электролитического конденсатора 2, усилитель, выполненный на совмеценных транзисторах 3 и 4, охваченных положительной обратной связью через диод 5, исполнительное устройство на тиристоре 6, нагрузкой которого является электромагнитное реле 7, другое электромагнитное реле 8 с размыкающим контактом 8 , последовательно соединенным с дополнительным резистором 9 и другой диод 10, Клеммы 11 и 12 служат для подключения источника питания, резистор 13 определяет режим работы входного транзистора 3 усилителя, делитель напряжения, собранный на резисторах 14-16, при напряжении на входе тран- зистора 3 меньшего порога срабатывания обеспечивает такие напряжения на эмиттерах, чтобы транзисторы 3 и 4 были закрыты. Резисторы 17 и 18 определяют режим работы исполнительного устройства, контакты 19 электромагнитного реле 7 обеспечивают ком мутацию внешних электрических цепей Полупроводниковое реле времени работает следующим образом. В исходном состоянии перед началом работы (включения) .конденсатор разряжен через размыкающие контакты в обесточенного электромагнитного реле 8 и дополнительный резистор 9. При подаче постоянного напряжения на клеммы 11 и 12 срабатывает элект ромагнитное реле 8, отключая своими контактами 8 резистор 9 от конденса тора 2, который при этом начинает заряжаться по цепи: плюс источника постоянного тока, резистор 1, диод 10, конденсатор 2, резисторы 17 и 1 минус источника постоянного тока. Тиристор б остается в закрытом состо нии из-за отсутствия достаточного тока, поступающего в управляющий электрод, В процессе заряда конденса тора 2 потенциал базы транзистора 3 увеличивается и по достижению им порога срабатывания транзистор 3 откры вается. Его коллекторный ток создает на резисторе 13 падение напряжения, превышающее напряжение на резисторе 14, вследствие чего транзистор 4 так же открывается. Коллекторный ток . транзистора 4, в свою очередь, созда ет положительный перепад напряжения на резисторах 17 и 18, поступающий через конденсатор 2, диод 10 на базу транзистора 3 и вызывающий еще боль шее открывание его. Происходит лавинообразный процесс отпирания транзис торов 3 и 4, по окончании которого они насыщаются, причег, такое состояние поддерживается автоматически за счет подачи в базу транзистора 3 час ти коллекторного тока транзистора 4 через диод 5. При этом тиристор б включается током, поступающим в управляющий электрод через резистор 17 Срабатывает электромагнитное реле 7 и своими контактами 19 обеспечивает коммутацию внешних электрических цепей. Резистор 18 защищает тиристор 6 от включения тепловым током коллектора транзистора 4, с которым склещы вается начальный зарядный ток конденсатора 2. Переход совмещенных транзисторов 3 и 4 усилителя в режмм насыщения, сопровождающийся изменением полярности напряжений на их переходах кол лектор - база, между которыми зключены другой диод 10 и электролитический конденсатор 2, приводит к появлению обратного напряжения, прикладываемого к этим элементам-. Величина его определяется Ешгебраической суммой двух напряжений: напряжением перехода коллектор - база транзистора 3,изменяющегося при регулировании выдержки времени резистгром 1, и постоянным напряжением перехода коллектор - база транзистора 4, При U,j ,- UR (1) Uci - к5тг- UK,fT4 U(,7 - UA-IO UR-( -UnffTl- (2) где величина напряжения на конденсаторе 2) величина напряжения на диоде 10; напряжение на переходе коллектор-база транзистора 3 в режиме насыщения; постоянное падение напряжения на резисторе 13; Up - падение напряжения на резисторе 1; Ug. - постоянное напряжение на переходе коллектор-база транзистора 4 в режиме насыщения. Действительно анализ выражений (1) и (2) показывает, что с уменьшением величины напряжения на переходе коллектор-база транзистора 3 или тоже самое с увеличением величины сопротивления резистора 1 величина обратного напряжения на переходах коллекторбаза транзисторов 3 и 4 в режиме их насыщения, между которыми включены диод 10 и электролитический конденсатор 2, увеличивается. Так как дополнительный диод 10 включен в обратном направлении для токов разряда и перезаряда электролитического конденсатора 2 через внутреннее сопротивление схемы, то разряда и перезаряда его, когда полупроводниковое реле времени после срабатывания находится во включенном состоянии, не происходит. В результате этого явление расформовки вентильного металла (анода) и увеличение тока утечки конденсатора 2 исключается, что в итоге обуславливает регулировку выдержки времени в широком диапазоне и обеспечивает одинаковую высокую надежность и стабильность работы при повторных включениях. Выбор резистора 1 с больим сопротивлением для обеспечения ирокого диапазона регулирования треует использования входного транзисора 3 с достаточно высоким коэффииентом усиления по току, так как ок базы с увеличением сопротивления езистора 1 уменьшается. Возврат хемы в исходное состояние произвоится снятием напряжения е клемм 11 12 и после разряда накопительного лектролитического конденсатора 2 ерез контакты реле 8, разрядый резистор 9 она готова к новому иклу включения.