Транзисторное реле Советский патент 1982 года по МПК H03K17/60 

(54) ТРАНЗИСТОРНОЕ РЕЛЕ

1

Изобретение предназначено для использования преимущественно в виде полупроводниковой интегральной микросхемы в устройствах автоматики и управления.

Известно вьюокочувствительное по току транзисторное реле на транзисторах разного типа . проводимости, предназначенное для работы в условиях импулвсных динамических помех, включающее в себя два-три транзистора, первый из которых ,Q .имеет, по отношению к остальным, противрположный тип проводимости, и его эмиттер через один или несколько диодов см&шешш соединен с шиной питания, цепь положительной резистивной обратной свя- ,5 зи, йервый и второй, резисторе которой соединены с базой первого транзистора, второй вывод первого резистора соединен с шиной питания, а второй вывод второго резистора подключен к коллект1 - 20 ру второго транзистора, соединенному через третий резистор с шиной питания, Цепь положительной обратной связи обеопевивает помехоустойчивость в условиях

импульсных динамических помех. Помех устойчивость транзисторного реле определяется величиной коэффициента возврата, равного отношению тока отпускания к току срабатывания реле l .

Недостатком устройства является то, что его реализация методами полупроводниковой интегральной технологии, особенно если транзисторное реле должно иметь высокую чувствительность по току (не сколысо сот микроампер и менее), затруднена, так как второй резистор этих устройств будет иметь номинал несколько сотен килоом. Для получения этого резистора необходимо проводить отдельные специализированные технологические операции получения высокоомного слоя, что повь1шает трудовые затррты и снижает выход годных.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому устройству является транзисторное реле (усилитель релейвого типа, управляемый током), цепь обратной связи которого содержит делитель напряжепия, образованный , третьим и четвертым резисторами. Четвертый резистор включен между коллектором третьего транзистора и общей точкой второго и третьего резтюторов. Величина второго резистора уменьшается ориентировочно в столько раз, в сколько четвертый резистор больше третьего 2. Недостатком устройства при его реализацтш методами технологии интеграл ных схем является сильная зависимость коэффициента возврата, определяющего по мехоустойчивость устройства, от температуры окружающей среды и напряжения источника питания. Зависимость коэфф циента возврата от температуры в осно& ном обусловле1ш температурным изменением прямого падения напряжения на диодах смещения и эмиттерном переходе пер вого транзистора, а от напряжения питания - зависимостью величины падения нап ряжения на третьем резисторе в цепи об рат ной связи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.. Поставленная цель достигается тем, что в транзисторном реле, содержащем дв каскада усиления, выполненных соответственно на. первом и втором транзисторах разного типа проводимости и третьем и четвертом транзисторах одинакового типа проводимости, база первого транзистора подключена к общему выводу первого и второго резисторов, другие выводы которых подключе№1 соответственно к положительной шине источника напряжения и к резнстивному делителю напряжения, включенному в коллекторную цепь третье го транзистора, эмиттер первого транзистора - к катоду первого из N последовательно соединенных диодов, а анод N -го диода соединен с положительной шиной источника напряжения, эмиттер вто рого транзистора через третий резистор подключен к базе третьего транзистора и через четвертый резистор - к общей шине которая соединена с эмиттером и через пятый резистор с базой четвертого транзистора, нагрузка включена между положт . тельной шгвдой источника напряже я и коллектором транзистора, каждый из N +1 последовательно соединенных резисторов делителя напряжения зашунтирован диодом при этом анод первого из них подключен к положительной шине источника напряженгся, кптод N+1-ГО шунтирующего диода через шестой резистор - к коллектору третьего транзистора, а входная шина сое с базой первого транзистора. Так как каждый резистор делителя напряжения зашунтирован диодом, то при изменении температуры и нацряжения источника питания падение напряжения на этом делителе будет изменяться одинаково с потенциалом базы первого транзистора, что стабилизирует ток обратной связи, протекающий через второй резистор и стабилизирует коэффициент возврата. Вывод из одного резистора, входящего в состав резистивного делителя и подключенного к второму выводу второго резистора обеспечивает необходимую величину коэффициента возврата. Такая схемотехника позволяет получить наименьшее число изолированных областей, необходимых для реализации резисторов делителя напряжения методами полупроводниковой интегральной технологии, так как резистор и диод можно выпсмшять в одной изолированной области совмещен а.1ми. На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез диода и резистора делителя напряжения; на фиг. 3 - вид сверху. Устройство выполнено в виде полупроводниковой интегральной микросхемы с диэлектрической изоляцией элементов . Транзисторное реле (фиг. 1) состоит из четырех транзисторов 1-4. Первый транзистор 1 р-п-р типа, а второй 2, третий 3 и четвертый 4 -М-р-П типа. Змиттер первого транзистора подключен через диод смещения .5 к шине источника питания (+Е). База транзистора 1 (точка А) соединена с цепью положительной резистинной обратной связи, состоящей из резисторов 6 - 8 и делителя напряжения из двух последовательно, соединенных одинаковых резисторов 9, каждый из которых зашунтирован диодом 10. Один из резисторов имеет вывод 11,который соединен с резистором 7. Резисторы 12 задают рабочие режимы транзисторов 3 и 4. В цепь коллектора транзистора 4 включена нагрузка 13. Резисторы 9 и диоды, составляющие делитель напряжения, выполнены с;1едук щим образом (фиг. 2 и 3). На поликристаллической подложке 14 с диэлектрической изоляцией 15, монокристаллическими областями 16 (например, из кремния П -типа), покрытыми диэлектрическим слоем 17, сформирован диффузией бора резистор 18, к которому подведекь шины алюминиевой металлизации 19 - 21. Шина с наиболее низким потгзнкиалом с помощью невыпрямляющего контакта 22 подсоединена к монокристаллической области 16. Вывод 11 выполнен путем фрр мирования контактной области 23 в рези торе 18. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии транзисторы 1-4 заперты. При подаче входного тока 10j( достаточной величины и равного току срабатывания потенциалом в точке А (фиг. 1) открывается транзистор 1. При этом в цепи его коллектора на резисторах возникает падение напряжения, достаточное для открывания транзистора 3. При открывании транзистора 3 в цепи его коллектора начинает протекать ток, потенциал точки Б (фиг. 1) уменьшается И через резистор 7 начинает течь ток положительной обратной связи. Открывает ся транзистор 4 и коммутирует напряж ние на нагрузку 13. При уменьшении входного тока до величины тока опускания, равного разности тока срабатывания и тока обратной связи, поте.шшал точки А уменьшается до величины, при которой закрываются транзисторы 1 и 2. После этого закрываются транзисторы 3 и 4. Нагрузка 13 от положительной ишны источника напряжения отключается. При изменении температуры поте ииал точки С (фиг. 1) при открытых транзисторах 1-3 изменяется одинаково с потенциалом тонки А, поэтому разность потенциалов А и Б будет равна ОЭто стабилизирует ток обратной связи и коэффициент возврата будет зависеть только от температурного изменения вели чины резисторов. При изменении напряжения питания по тенциал точки С при открытых транзисторах 1-3 будет изменяться нвзначт тельно вследствие того, что диоды 1О включены в прямом направлении параллел но резисторам 9. Ток обратной связи будет стабилизирован и коэффициент возвра та от напряжения зависеть не будет. Резисторы 9 и диоды 10 выполнены совмещенными (фиг. 2 и 3), что позволяет проводить их формирование с наименьшим количеством изолированных о ластей. Внедрение в производство предлагаемого устройства вместо микросхемы с&рии 522 КН позволит отменить температурные испытания, повысить выход годных в 2 раза. Экономический эффект от внедрения на программе 20 тыс. шт. микросхем составит более 10 тыс. руб. Формула изобретения Транзисторное реле, содержащее два каскада усиления, выполненных соотве-пственно на первом и втором транзисторах, разного типа проводимости и третьем и четвертом транзисторах одинакового типа проводимости, база первого транзистора подключена к общему выводу первого и второго резисторов, другие выводы подключены соответственно к положительной шине источника напряжения и к резистивному делителю напряжения, вклюг ченному в коллекторную цепь третьего транзистора, эмиттер первого транзист(ра - к катоду первого из-N последоватеЬ но соединенных диодов, а анод N -го диода соединен с положительной шиной источника напряжения, эмиттер второго зистора через третий резистор подключен к базе третьего транзистора и через четвертый резистор - к общей шине, которая соединена с эмиттером и через пятый : резистор - с базой четвертого транзистора, нагрузка включена между положитель ной шиной источника напряжения и коллектором четвертого транзистора, отличающееся тем, что с целью повышения помехоустойчивости, каждый из N 4-1 последовательно соединенных резисторов делителя напряжения зашунти рован диодом, при этом диод первого вз них подключен к положительной шине иоточника напряжения, катод N +1-го шунтирующего диода через шестой резистор к коллектору третьего транзистора, а входная шина соединена с базой первого транзистора. Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе 1.Вороскопевский В.И. Полупроводниковые реле на траннисторах разного типа проводимости. Сб. статей ЭТвА, вып. 2, М., Энергия. 1971, с.-35-42. 2.Технические условия б Ко 347122ТУ на микросхемы серии 522 КН1, /7 19 3S/1 / .

Ф(лг.1 tz ZQ - --vJtj

Фиъ.З