транзисторный ключ

Формула изобретения

Транзисторный ключ, содержащий выходной транзистор n-р-n-проводимости, к коллектору которого подключен источник напряжения смещения, входной транзистор, коллекторно-эмиттерный переход которого включен между источником смещения и базой выходного транзистора, согласующий транзистор р-n-р-проводимости, блокирующий и предварительный транзисторы n-р-n-проводимости, датчик тока, включенный между эмиттером выходного транзистора и общей шиной, резистивный делитель, включенный между базой выходного транзистора и общей шиной, при этом средний вывод резистивного делителя напряжения соединен с базой блокирующего транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, база предварительного транзистора соединена с управляющей шиной, а его коллектор соединен с базой согласующего транзистора, коллекторно-эмиттерный переход которого подключен к базе и коллектору выходного транзистора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности за счет уменьшения остаточного напряжения в режиме больших токов, входной транзистор имеет р-n-р-проводимость, причем его база подключена к коллектору предварительного транзистора, эмиттер которого подключена к общей шине, а база к коллектору блокирующего транзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах автоматического управления, преобразователях электрической энергии и в коммутационно-защитной аппаратуре.

Целью изобретения является повышение надежности за счет уменьшения остаточного напряжения в режиме больших токов.

Указанная цель обеспечивается тем, что транзисторный ключ, содержащий выходной транзистор n-p-n-проводимости, к коллектору которого подключен источник напряжения смещения, входной транзистор, коллекторно-эмиттерный переход которого включен между источником смещения и базой выходного транзистора, согласующий транзистор p-n-p-проводимости, блокирующий и предварительный транзисторы n-p-n-проводимости, датчик тока, включенный между эмиттером выходного транзистора и общей шиной, резистивный делитель, включенный между базой выходного транзистора и общей шиной, при этом средний вывод резистивного делителя напряжения соединен с базой блокирующего транзистора, эмиттер которого соединен с общей шиной, база предварительного транзистора соединена с управляющей шиной, а его коллектор соединен с базой согласующего транзистора, коллекторно-эмиттерный переход которого подключен к базе и коллектору выходного транзистора, согласно изобретению, входной транзистор имеет p-n-p-проводимость, причем его база подключена к коллектору предварительного транзистора, эмиттер которого подключен к общей шине, а база к коллектору блокирующего транзистора.

С помощью указанных элементов и соединений между ними в данном транзисторном ключе при тех же аппаратурных затратах, что и в прототипе, достигается ограничение сверхтоков и уменьшение остаточного напряжения, в режиме больших токов, равное:



На основании анализа и сравнения существенных признаков заявленного решения и прототипа можно сделать вывод, что предложенное устройство обладает новизной, заключающейся во введении ограничения сверхтоков.

Благодаря наличию новых существенных признаков, предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности.

При поиске и анализе сведений об отличительных признаках предлагаемого транзисторного ключа идентичные или эквивалентные признаки в науке и технике не обнаружены.

Таким образом, из известной на дату подачи заявки информации по нормативно установленному перечню источников научно-технической информации, сущность идентичного или эквивалентного решения в СССР и за рубежом не обнаружена, т.е. предлагаемое техническое решение обладает новизной, существенными отличиями и обеспечивает возможность достижения положительного эффекта при реализации изобретения.

На чертеже изображена принципиальная схема транзисторного ключа, который содержит выходной транзистор 1, источник 2 напряжения смещения, входной, согласующий, блокирующий и предварительный транзисторы 3-6 соответственно, датчик тока 7 и резистивный делитель 8, состоящий из резисторов 9 и 10, резистора 11, запирающего входной транзистор 3.

Наличие резистора 11 повышает максимально допустимое напряжение коммутации транзисторного ключа, однако при малых коммутируемых напряжениях (в зависимости от типа транзистора 3) это может отсутствовать.

Источник напряжения смещения может быть реализован, например, по схеме [3] с выходным напряжением U_см 1 + 1,5 В и выходным сопротивлением R_см.

В качестве транзистора 1 можно использовать транзистор 2Т935А, в качестве транзисторов 3, 4 2Т836Б, в качестве транзисторов 5, 6 2Т630Б, в качестве резисторов 7, 9, 10, 11 резисторы С2-33.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

При отсутствии сигнала на управляющем входе все транзисторы закрыты и ключ разомкнут.

При подаче входного сигнала транзисторы 6, 3, 1 открываются, а транзисторы 4 и 5 остаются закрытыми. Транзисторный ключ замыкается.

В номинальном режиме падение напряжения на транзисторном ключе равно напряжению насыщения коллектор эмиттер выходного транзистора 1:



В номинальном режиме ток базы транзистора 1 определяется:



где U^d[_к-э напряжение насыщения коллектор-эмиттер входного транзистора 2,

U^ds[_Б-э напряжение насыщения база-эмиттер выходного транзистора 1.

Максимальный ток, при котором выходной транзистор 1 находится в режиме насыщения (граница номинального режима) определяется:

I¹_кн=I¹_Бн (5)

где коэффициент усиления базового тока транзистора 1 в режиме насыщения.

При превышении током транзисторного ключа тока I¹_кн (в режиме больших токов) выходной транзистор 1 выходит из состояния насыщения, а напряжение на его коллекторе будет расти до тех пор, пока не откроется ранее запертый транзистор 4. После этого транзисторный ключ станет эквивалентен составному комплиментарному ключу [1] с остаточным напряжением, приведенным в формуле (2).

Из сравнения формул (1) и (2) видно, что , следовательно, предложенный транзисторный ключ в режиме больших токов имеет меньшее остаточное напряжение, чем в прототипе.

В аварийном режиме, например, в случае короткого замыкания, происходит увеличение тока коллектора выходного транзистора 1, а также увеличение напряжения на датчике тока 7 и без выходного транзистора 1 относительно общей шины, равное:

U^d_Б^s[=I_кзR₇+U^ds[_Б-э (6)

Через резистивный делитель 8 это напряжение подается на базу блокирующего транзистора 5, который, открываясь, ограничивает входной ток предварительного транзистора 6 и, тем самым, ограничивается и стабилизируется ток короткого замыкания выходного транзистора 1, равный:



где U^Б_Б-э напряжение база-эмиттер блокирующего транзистора 5.

Таким образом, использование предлагаемого транзисторного ключа, в сравнении с известным прототипом, обеспечивает ограничение сверхтоков и уменьшение остаточного напряжения в режиме больших токов при тех же аппаратурных затратах, что и в прототипе.