Транзисторный ключ Советский патент 1982 года по МПК H03K17/60 

{5t} ТРАНЗИСТОРНЫЙ КШЧ

I

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при коммутирующих устройствах постоянного тока с превышенной крат ностью пускового тока к установившемуся значению.

Известен транзисторный ключ, содержащий выходной и входной транзисторы, дополнительный ключ, трансформатор тока, первичная обмотка которого включена в коллекторную цепь выходного транзистора, вторичная - в коллекторную цепь входного .транзистора, а дополнительная - к входу дополнительного ключа fll.

Недостатками известного устройства являются большие габариты и низкая технологичность вследствие наличия трансформатора тока.

Кроме того, наличие дополнительного источника питания, усложняет устройство и ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является транзисторный ключ, содержащий выходной транзистор, входной транзистор эмиттер которого подключен к базе выходного транзистора, дифференциальный усилитель, первый вход которого подключен к коллектору выходного транзистора.

Кроме того, он содержит источник эталонного напряжения, включенный между вторым входом дифференциального усилителя и источник напряжения оме- i щения, включенный в цепи коллектора j входного транзистора 2J.

Недостатком данного устройства яв ляется сложность управления, так как для отключения выходного транзистора необходим управляющий сигнал, полярность которого противоположна полярности основного источника питания клоча, что неудобно при практической реализации устройства, при этом управляющий сигнал должен иметь 39 большую мощность, чтобы скомпенсировать выходной ток дифференциального усилителя.Кроме того, к недостаткам этого устройства следует отнести большую мощность, потребляемую от источника смещения при включении нагрузки с большой кратностью пускового тока. Цель изобретения. - упрощение схемы управления транзисторным ключом. Поставленная цель достигается тем что в транзисторный ключ, содержащий выходной транзистор, входной транзис тор, эмиттер которого подключен к ба зе выходного транзистора, дифференци альный усилитель, первый вход которо го подключен к коллектору выходного транзистора, дополнительно введен датчик тока, включенный между коллекторами выходного и входного транзисторов, RS-триггер, S-вход которог подключен к коллектору выходного транзистора, а R-вход - к выходу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к коллектору входного транзистора, переключатель тока на два положения, первый вход которого подключен к шине управ ления устройством, втопой вход - к выходу RS -триггера, первый выход подключен к базе входного транзистора, а второй выход - к базе выходного транзистора. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства. Транзисторный ключ содержит выходной транзистор 1, входной транзистор 2, эмиттер которого подключен к базе выходного транзистора 1, дифференциальный усилитель 3, первый вход которого подключен к коллектору выходного транзистора 1 , датчик 4 тока, включенный между коллекторами выходного 1 и входного 2 транзисторов, R5 -триггер 5. 5 -вход которого подключен к коллектору выходного тра зистора 1, а R - вход - к выходу дифференциального усилителя 3, второй вход которого подключен -к коллектору входного транзистора 2, переключател 6 тока, первый вход которого подключен к шине управления устройством, второй вход к выходу RS -триггера 5 а выходы - соответственно к базам выходного 1 и входного 2 транзистоПереключатель 6 тока содержит первыи 7 и второй 8 транзисторы, эмит2теры которых через резисторы 9 и 10 подключены к выходным шинам переключателя 6 тока, первый 11 и второй 12 элементы И, первые входы которых подключены к первому входу переключателя 6 тока, инвертор 13, вход которого подключен к второму входу переключателя 6 тока и второму входу , первого элемента И 11, а выход подключен к второму входу второго элемента И 12, выходы первого 11 и второго 12 элементов И подключены соответственно к базам первого 7 и второго 8 транзисторов, коллекторы которых подключены к шине источника смещения. Транзисторный ключ работает следующим образом. В исходном состоянии на шине управления присутствует нулевой потенциал, результате чего на выходе первого 11 и второго 12 элементов И устанавливается нулевой потенциал. В этом случае первый 7 и второй 8 транзисторы заперты, а,- следовательно, заперты входной 2 и выходной 1 транзисторы. RC-триггер 5 устанавливается еди-, ничным потенциалом на его входах R и S, поэтому при запертом состоянии выходного транзистора 1 высокий потенциал на его коллекторе устанавливает RC-триггер 5 в нулевое состояние. При этом ток в датчике k тока отсутствует и на выходе дифференциального усилителя 3 устанавливается нулевой потенциал, который не влияет на состояние RC-триггера 5. При поступлении на шину управления единичного потенциала, на первых входах элементов И 11 и 12 появляется единичный потенциал вследствии того., что RS-триггера 5 находится в нулевом состоянии, на втором входе первого элемента И 11 присутствует нулевой потенциал, а на втором входе второго элемента И 12 - единичный, Совпадение двух единичных потенциалов на входе второго элемента И 12 приводит к появлению сигнала на его выходе, открыванию второго транзистора 8 и подаче открывающего тока на базу входного транзистора 2. Поэтому при первоначальном включении транзисторного ключа выходной 1 и входной 2 транзисторы используются по схеме составного ненасыщенного -транзистора. В этом случае протекает максимальный, пусковой ток иагрузки, а ток, потребляемый от источника смещения невелик, так как равен пусковому току нагрузки, деленному на произведение коэффициентов усиления по току выходного 1 и входного 2 транзисторов. Для составного ненасыщенного тра зистора характерно повышенное остаточное напряжение, однако это обсто ятельство не приводит к сущес гвенному ухудшению энергетических показ телей устройства в виду кратковреме ности пусковых токов нагрузки. При протекании больших токов нагрузки выходной 1 и входной 2 транзисторы продолжают работать по схеме состав ного транзистора, так как ток в дат чике k тока направлен от коллектора выходного транзистора 1 к коллектор входного транзистора 2, выходное наг ряжение дифференциального усилителя 3 равно нулю и RS -триггер 5 остается в нулевом состоянии. После окончания пускового режим ток нагрузки значительно уменьшает ся и выходного тока переключателя 6 тока оказывается достаточно для перевода выходного транзистора 1 в насыщенное состояние, так как отношение номинального тока нагрузки к выходному току переключателя 6 тока становится меньше коэффициента усил ния по току выходного транзистора 1. Выходной транзистор 1 невозможно перевести в насыщенное состояние подачей отпирающего тока на баз входного транзистора 2 при любом токе коллектора выходного транзистора 1, так как при приближении выходного транзистора 1 к состоянию насыщения, напряжение на его коллек торе уменьшается, и коллекторный переход входного транзистора 2 оказывается смещенным в прямом направлении. Поэтому отпирающий ток базы входного транзистора 2 через его коллекторный переход ответвляется в коллекторную цепь выходного транзистора 1, соответственно ток базы выходного транзистора 1 уменьшается и он не может перейти в состояние насыщения. Таким образом, сигналом о том, что ток нагрузки уменьшился до такой величины, при которой -.возможно непосредственное насыщение выходного транзистора 1, служит изменение направления тока в коллекторной цепи входного транзистора 2. Изменение направления тока в коллекторной цепи входного транзистора 2 изменяет полярность падения напряжения на датчике /тока и привадит к появлению единичного потенциала на выходе дифференциального усилителя 3. В этом случае ffa R-входе RC-триггера 5 устанавливается единичный Потенциал, а на S-входенулевой, так как выходной транзистор 1 находится в состоянии, близком к насыщению. Поэтому RS-триггер 5 переключается в единичное состояние, запрещает прохождение управляющего сигнала через второй элемент И 12 И разрешает прохождение управляющего сигнала через первый элемент И 11. Это приводит к переключению выходных токов переключателя 6 тока с ба- , зы входного транзистора 2 на базу выходного транзистора 1, который переходит в насыщенное состояние. Ток через датчик направления k тока исчезает, RC-триггер 5 остается в единичном состоянии, т-ак как на его R- и S-входах устанавливаются нулевые потенциалы. Если в насыщенном состоянии выходного транзистора 1 произошло значительное увеличение тока нагрузки, выходной транзистор 1 выходит из состояния насыщения, напряжение на его коллекторе, а следовательно, и- на S-входе RS-триггера 5 увеличивается RS-триггер 5 переключается в нулевое состояние и устройство автоматически переходит в режим работы с составным ненасыщенным транзистором. Использование изобретения в устройствах управления транзисторными ключами, выполненными в виде интегральных или гибридных микросхем, позволит наряду с упрощением схемы расширить область его применения. Формула изобретения Транзисторный ключ, содержащий выходной транзистор, входной транзистор, эмиттер которого.подключен к базе выходного транзистора, дифференциальный усилитель, первый вход которого подключен к коллектору выходного транзистора, отличающийся -тем, что, с целью упрощения схемы управления транзистор ным ключом, в него дополнительно введены датчик тока, включенный между коллекторами виходного и входного транзисторов, ЯЗ-тригге)), S-вход которого подключен к коллектору выходного транзистора, а R-вход - к выходу дифференциального усилителя, второй вход которого подключен к коллектору входного транзистора, пет реключатель тока на два положения, первый вход которого подключен к шине управления устройством, второй

вход - к выходу RS-триггера, первый выход подключен к базе входного транзистора, а второй выход - к базе выходного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 505128, кл. Н 03 К 17/0, 1976.