Электронное реле Советский патент 1983 года по МПК H03K17/60 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в раз7 Iличных областях техники.

Известны электронные, реле, в которых входная цепь управления гальванически развязана от выходного исполнительного элемента с помеяцью герконов, трансформаторов или оптронов Ijl 1.

Однако герконы и трансфорлаторы имеют, большие габариты/ а оптроны - невысокую температурную стабильность и низкий КПД.

На более близким к пpeдлaгaeмo 4y является электронное реле, содержащее транзисторный преобразователь эле1стрической энергии в тепловую , соединенный с источником управля10щего сигнала, преобразователь тепловой энергии в электрическую, выполненный на дифференциальном транзисторном каскаде, коллекторы транзис- . торов которого через нагрузочные резисторы соединены с плюсовой шиной источника питания и с входами релейного усилителя, эмиттеры coeiдинены между собой и через резистор подключены к общей щине, а базы - . к соответствующим элементам делителя,

подключенного параллельно источнику питания .

Недостатком, известного реле является невысокое быстродействие за счет большого времени включения и особенно выключения.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается

10 тем, что в электронное реле, содержащее первый транзисторный преобразователь электрической энергии в теплову1о, подключенный к источнику управляющего сигнала, преобразова-

15 тель тепловой энергии в электрическую, выполненный на дифференциальном каскаде, коллекторы транзисторов которого через нагрузочные резисторы подключены к шине питания

20 и к входам релейного усилителя, эмиттеры подключены через резистор к общей шине, а базы - к резистивному делителю, состоящему из последовательно вклю енных трех резисторов,

25 подключенному параллельно источнику питания, во входной транзисторный преобразователь электрической энергии в тепловую введен накопительный конденсатор, одной о(530 кладкой подключенный к плюсовой шина питания источника управляющего сигнала, а дсгугой - через зарядн резистор и первый диод к минусовой шине, через первый ограничительный резистор и второй диод к базе тран;3исторного преобразователя электри|ческой энергии в тепловую, соединен |ной через второй ограничительный ре зистор с плюсовой шиной источника управляющего сигнала. Кроме того, в электронное реле введен второй транзисторный преобра зователь электрической энергии в тепловую, коллектор транзистора которого подключен к плюсовой шине пи тания источника управляющего сигнал эмиттер соединен с другой обкладкой накопительного конденсатора, а база с базой первого транзисторного (Преобразователя электрической энергии в тепловую. ; На фиг. 1 представлена принципиа ная электрическая схема предлагаемо го устройства; на фиг. 2 - эпюры ко лекторных токов и температуры транзисторов преобразователей. Электронное реле содержит транзи торный преобразователь электрическо энергии в тепловую-, выполненный на транзисторе 1, подключенном коллектором к плюсовой шине источника 2 управляющего сигнала, а эмиттером к его минусовой шине, преобразователь тепловой энергии в электрическ выполненный на транзисторе 3, име,ющем тeплoвs o связь с транзистором 1, и транзисторе 4 , коллекторы которых соединены с входами релейного усили теля , через нагрузочные резисторы 5 и 6 - с плюсовой шиной источника питания, а эмиттеры соединены между собой и через резистор 7 с общей шиной, а базы - с делителем, выполненным на. резисторах 8-11, накопите ный конденсатор 12, одним выводом соединенный с плюсом источника управляющего сигнала 2, с другим через резистор 13 и диод 14 с его минусом, через диаод 15 и первый ог раничительный резистор 16 - с базой транзистора 1, подключенной через второй ограничительный резистор 17 с плюсом источника управлягадего сиг нала, к которому подключен также коллектор второго транзисторного преобразователя электрической энергии в тепловую на транзисторе 18, эмиттер которого соединен с соответ ствующим выводом накопительного кон денсатора 12, а база - с базой тран зистора 1. Реле работает следующим образом. При отсутствии напряжения на выходе источника 2 управляющего сигнала транзисторы 1 и 18 обесточены температура на транзисторах 3 и 4 дифференциального каскада близка к температуре окружающей среды, при чем транзистор 4 открыт, а транзистор 3 закрыт, так как на его базе напряжение меньше напряжения на базе транзистора 4 на величину, равную падению напряжения на резисторе 9. Величина этого напряжения должна быть больше максимально возможного напряжения смещения дифференциального каскада с транзисторами конкретного типа и выбирается в пределах 10-30 мВ. Релейный усилитель 11 выключен. При включении источника 2управляющего сигнала (фиг. 2а) транзистор 1 открывается и нагревается за счет мощности, рассеиваемой на коллекторном переходе. Величина этой мощности определяется номиналом второго ограничительного резистора 17 (фиг. 26, кривая 2). Для форсирований разогрева в базу транзистора 1 подается дополнительный ток через первый ограничительный резистор 16. Величина этого тока в момент включения максимальна и по мере заряда накопительного конденсатора 12 уменьшается до нуля (фиг. 2 б, кривая 3). Постоянная времени цепи Р . выбирается,равной тепловой постоянной времени транзистора 1. Кривая 1 (фиг. ) изображает суммарный коллекторный ток транзистора 1. При нагреве транзистора 1 нагревается также и транзистор 3, так как между ними имеется тепловая связь (например, оба эти транзистора выполнены на одном кристалле, но электрически изолированы друг от друга), в результате чего напряженке перехода эмиттер-база транзистора 3 уменьшается и, как только суммарное напряжение ) станет меньше ,тра экст:ор 3 откроется, транзистор 4 закроется, а х елейный усилитель 11 включится, в течение времени, когда подано напряжение управляющего сигнала, транзистор 18 закрыт, так как напряжение на эмиттерном переходе близко к нулю. Таким образом, кривая разогрева транзистора 1 (фиг. 2, кривая ) является суммой кривых разогрева за счет тока через резистор 17 (кривая 2) и за счет форсажного тока через резистор 16 (кривая 3). Пунктиром показана температура, при которой происходит:переключение релейного усилителя 11. При включении источника управляющего сигнала 2 транзистор 1 выключается, так как его база уже не шунтируется эмиттерным переходом транзистора 1. Ист очником в данном случае служит заряженный накопительный конденсатор 12. Емкость его выбирается такой, чтобы при разряде его через транзистор 18 разогрев последнего был бы достаточен для форсированного включения транзистора 4.(кривая 4, фиг. 2г), имеющего с ним тепловую связь. Нагрев транзистора 4 дифференциального каскада эквивалентен принудительному охлаждени д транзистора 3. . . Таким образом, за счет введения -формированного включения и выключени электронного реле повышается его быстродействие. На фиг.2г показана кривая 2 -нагрев транзистора 1 осуществляется только .благодаря базовому току через резистор 17, а охлаждение только путем рассеивания тепла за счет теплопроводности..При этом время включений и выключения составляет соответственно () и Ui -Те.) - кривая 2, фиг. 2 д. При форсировании за счет дополнительного нагрева транзистора 1 ,прн заряде накопительного конденсатора 12 и за счет нагрева транзистора 18 при его разряде кривая нагрева имеет значительно более крутые передний и задний фронты, а время включения (4,(-Ti) и время выключения значительно меньше (кривая 1, фиг. 2 г . По сравнению с э гектронным реле, использующим в качестве элемента гальванической развязки оптроны, пр лагаемое устройство с гальваническо развязкой за счет теплопередачи пра тически нечувствительно к различног рода электрическим, электростатичест КИМ и магнитным помехам. Формула изобретения 1. Электронное реле, содержащее первый транзисторный- преобразовател электрической энергий в тепловую, подключенный к источнику управлякнце го сигнала, преобразователь тепловой энергии в электрическую, выполн ный на дифференциальном каскаде, ко лекторы транзисторов которого через

Дмг нагрузочные резисторы подключены к ине-питания и к входам релейного усилителя, эмиттеры подключены; через резистор к общей шине, а базы - к резистивному делителю , состоящему., из последовательно включенных трех резисторов, подключенному параллельно источнику питания, о тличающееся тем, что с целью повышения быстродействия , во входной транзисторный преобразователь электричес1 ой энергии в тепловую введен накопительный конденсатор, однрй обкладкой подключенный к плюсовой шине питания источника управляющего сигнала, а другой - через зарядный резистор и первый диод к минусовой шине, через первый ограничительный резистор и второй диод к базе транзисторного преобразователя, элект- рической энергии в тепловую, соединенной через второй ограничительный резистор с плюсовой шиной источника управляющего сигнала. 6 т л и ч а2. Реле по п. . что в него введен ю щ е е с я тем. второй транзисторный преобразователь электрической энергии в тепловую, коллектор транзистора которого, под- ключен к плюсовой шине питания истозника управляющёго сигнала, эмиттер соединен с другой обкладкой накопительного конденсатора, а база,- с базой первого транзисторного преобразователя электрической энергии в тепловую., Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l.PtiotocvupCers provide oCod сошесtioM , № 131, p. 30 - 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2897367/21, кл. И 03 К 17/60, 1980 (прототип).