Транзисторный ключ без дополнительного запирающего источника напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транзисторных ключах, работающих в широтно-импульсном режиме. Цель изобретения - уменьшение времени закрывания транзисторного ключа. С этой целью в момент запирания транзистора 1 конденсатор 5 начинает перезаряжаться. В результате через резистор 6 начинает протекать ток, отпирающий транзистор 7. После его отпирания перезаряжается конденсатор 13, что вызывает появление на аноде диода 11 положительного напряжения. Указанное напряжение поступает на базу транзистора 1, что ускоряет процесс его запирания. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 M 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4458253/07 (22) .17.06.88

{46) 07.07.91. Бюл, ЬЬ 25 (75) Г.Б.Бармасов, Н.А.Клочко и Г,В.Королев (53) 621.316.727(088.8) (56) Соловьев И. Н., Малынков Т,H. и др. Инверторы в классе Д. Электронная техника в автоматике./ Под ред. Ю.И.Конева, вып.9. — M. Советское радио, 1977, с.172, рис.4.

Там же, с.235, рис.1а. (54) ТРАНЗИСТОРН ЫЙ КЛЮЧ БЕЗ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ЗАПИРАЮЩЕГО ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ,, Я2„„1661935 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транзисторных ключах, работающих в широтно-импульсном режиме. Цель изобретения — уменьшение времени закрывания транзисторного ключа. С этой целью в момент запирания транзистора 1 конденсатор

5 начинает перезаряжаться. В результате через резистор 6 начинает протекать ток, отпирающий транзистор 7. После его отпи° рания перезаряжается конденсатор 13, что вызывает появление на аноде диода 11 полакительното напряжения., Указанное нап ряжение поступает на базу транзистора 1, что ускоряет процесс его запирания. 3 ил, 1661935

15

40

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транзисторных ключах, работающих в широтно-импульсном режиме управления, выходные транзисторные каскады которых собраны по схеме с общим эмиттером, а закрывание осуществляется пассивным способом без применения дополнительных запирающих источников.

Целью изобретения является уменьшение времени закрывания транзисторного ключа без дополнительного запирающего источника.

На фиг.1 представлена схема устройства для случая, если в качестве первого транзистора используется транзистор типа р — и — р; на фиг.2 — то же, для транзистора типа и — р — л; на фиг,З вЂ” дизграммы, поясняющие работу транзисторного ключа без дополнительного запирающего источника, Транзисторный ключ без дополнительного запирающего источника содержит первый транзистор, на базовый вывод которого подается сигнал управления "v v базаэмиттерный переход первого транзистора 1 зашунтирован резистором 2, а эмиттерный и коллекторный выводы соединены соответственно с первым выходом источника 3 питания и первым входом нагрузки 4, второй вход которой подключен к второму выходу источника 3 питания, коллектор первого транзистора 1 через последовательно соединенные первый конденсатор 5 и резистор

6 подключен к базовому выводу второго транзистора 7, база-эмиттерный переход которого зашунтирован резистором 8 и защитным диодом 9, анод которого подключен к базовому выводу второго транзистора

7 (для р — n — р-транзистора на фиг,1) или катод которого подключен к базовому выводу второго транзистора 7 (для п-р — n-транзистора на фиг.2). База-эмиттерный переход первого транзистора 1 зашунтирован защитным диодом 10 (анод которого подключен к базовому выводу первого р-п — ртранзистора на фиг.1 или катод которого подключен к базовому выводу первого ир — п-транзистора на фиг,2), а базовый вывод первого транзистора 1 соединен с первым выводом блокирующего диода 11 (первый вывод — катод для р — и — р-транзистора на фиг.1 или анод для п-р-и-транзистора на фиг.2), второй вывод которого через резистор 12 и второй конденсатор

13 подключен соответственно к первому выходу источника 3 питания и коллектору второго транзистора 7, который через резистор 14 присоединен к второму выходу источника 3 питания, первый выход которого подключен к эмиттеру второго транзистора 7.

На фиг.1 и 2 для транзисторов типов р — и-р и и — р — и соответственно указана полярность напряжения источника питания.

Работа схемы транзисторного ключа без дополнительного запирающего источника с первым транзистором 1 р — и — р или и — р — п типа полностью аналогична. Поэтому далее будет рассматриваться только работа предлагаемого устройства с первым транзистором 1 р — и — р типа, схема которого представлена на фиг,1, а все выводы, полученные для указанной схемы, будут также справедливы и для транзисторного ключа с первым транзистором 1 типа n — р — n.

Устройство работает следующим образом, Транзисторный ключ без дополнительного запирающего источника предназначен для регулирования величины напряжения, прикладываемого к нагрузке 4. Величина напряжения, прикладываемого к нагрузке 4, регулируется первым транзистором 1 широтно-импульсным способом. При отрицательном напряжении 0удр (относительно эмиттера первого транзистора 1) через базовый вывод первого транзистора 1 протекает ток, первый транзистор 1 открыт и к нагрузке 4 приложено напряжение источника 3 питания (за вычетом напряжения насыщения коллектор-эмитерного перехода первого транзистора 1). При отключении отрицательного сигнала Uynp цепь для протекания базового тока первого транзистора 1 прерывается и он начинает закрываться.

Положительное напряжение на коллекторе первого транзистора 1 уменьшается.

Первый конденсатор 5 начинает перезаряжаться, в результате чего через резистор 6 образуется цепь для протекания базового тока второго транзистора 7 и он открывается. На коллекторном выводе транзистора 7 появляется положительное напряжение источника 3 питания (за вычетом напряжения насыщения коллектор-эмиттерного перехода второго транзистора 7). Второй конденсатор 13 перезаряжается, что вызывает появление на втором выводе блокирующего диода 11 положительного напряжения, величина которого превышает величину поло- . жительного напряжения на базе первого транзистора 1. Указанное напряжение поступает через блокирующий диод 11 на базовый вывод первого транзистора 1, в результате чего к базовому выводу первого транзистора 1 прикладывается положительное (относительно эмиттера) напряжение, которое ускоряет процесс закрывания первого транзистора 1.

Для более подробного рассмотрения процессов, происходящих на элементах

1661935 предлагаемого устройства, на фиг,З представлены временные диаграммы напряжений и токов элементов транзисторного ключа без дополнительного запирающего источника. Диаграммы напряжения эмиттер-коллектор и эмиттер-база первого 1 и второго 7 транзисторов дэны относительно первого выхода источника 3 питания.

Допустим, до момента времени ц напряжение Uy

<> увеличивается, а напряжение на эмиттер-базовом переходе первого транзистора 1 U>e> (фиг.Зк) уменьшается. В момент времени tz крутизна нарастания напряжениЯ О к1 становитсЯ Достаточно большой, что приводит к началу быстрого перезаряда обкладок первого конденсатора 5, в результате чего на базовом выводе второго трэнзистора 7 возрастает отрицательное напряжение Ом7 (фиг,Зг), которое открывает второй транзистор 7, напряжение эмиттер-коллектор которого, Оэк7 (фиг.Зб) уменьшается. Момент времени t2, когда крутизна фронта возрастания напряжения U> > становится достаточной для того, чтобы ток перезаряда обкладок первого конденсатора

5 начал открывать второй транзистор 7, определяется подбором номиналов резисторов 6 и 8. Чем ниже номинал резистора 6 и выше номинал резистора 8; тем меньше промежуток времени (tz — t<), т.е, тем раньше второй транзистор 7 начнет открываться.

Изменение напряжения Окэ7 при открывании второго транзистора 7 вызывает изменение напряжения на обкладках второго конденсатора 13 (фиг,Зе), в результате чего на втором выводе блокирующего диода 11 (на аноде блокирующего диода 11) появляется положительный потенциал, величина которого превышает величину положительного потенциала на базовом вь1воде первого транзистора 1, Блокирующий диод 11 открывается, и дополнительный положительный потенциал начинает поступать на базовый вывод первого транзистора 1, в результате чего крутизна фронта уменьше5

55 ния отрицательного напряжения 0 1 (фиг.Зк) резко увеличивается, что в свою очередь повышает крутизну фронта увеличения напряжения U>«, Дополнительное возрастание скорости увеличения напряжения 0><> вызывает увеличение тока перезаряда первого конденсатора 5 и соответственно увеличение скорости нарастания напряжения Uaez (фиг,Зг), что приводит к более быстрому открыванию второго транзистора 7, Крутизна изменения напряжения на втором конденсаторе 13 U«z (фиг.Зе) увеличивается, что вызывает увеличение величины положительного напряжения, поступающего на база-эмиттерный переход первого транзистора 1 0>е> (фиг.Зг), и соответственно увеличение скорости закрывания первого транзистора 1.

Таким образом, за счет введения в устройстве указанных выше новых элементов образуется положительная обратная связь по крутизне фронта увеличения напряжения на эмиттер-коллекторном переходе первого транзистора 1, что приводит к существенному сокращению времени нарастания напряжения эмиттер-коллектор первого транзистора 1 при его закрывании, В момент времени тз начинается уменьшение тока, протекающего через первый транзистор 1 1к1 (фиг.Зв). Время спада тока

l 1 также становится меньше за счет приложения к переходу эмиттер-база первого транзистора 1 положительного запирающего напряжения.

К моменту времени t4 переходный процесс закрывания первого транзистора 1 заканчивается. Защитный диод 10 обеспечивает защиту перехода эмиттер-база первого транзистора 1 от приложения недопустимо большого положительного напряжения. Блокирующий диод 11 обеспечивает блокировку от ложного включения первого транзистора 1 после того, когда с момента времени ts второй транзистор 7 начинает закрываться и в промежуток времени (ть — ts) происходит обратный перезаряд обкладок второго конденсатора 13. Резисторы 12 и 14 обеспечивают задание начальных условий для второго конденсатора 13, а именно до момента времени ц, когда первый транзистор 1 начинает закрываться, на обкладке второго конденсатора 13, соединенной со вторым выводом блокирующего диода 11, должен быть потенциал, близкий к потенциалу первого выхода источника 3 питания, а на противоположной обкладке должен быть потенциал, близкий к потенциалу второго выхода источника 3 питания.

Создание указанньix начальных условий

1661935 обеспечивает наиболее эффективную работу предлагаемого устройства, так как обуславливает наибольший ток перезаряда второго конденсатора 13, а значит, и наиболее эффективное форсированное закрыва- 5 ние первого транзистора 1. Номиналы резисторов 12 и 14 выбираются такими, что бы второй конденсатор 13 успел перезарядиться до момента следующего закрывания первого транзистора 1. 10

Пусть в момент времени tz снова задано отрицательное напряжение Uy p, которое обеспечивает задание в базовую цепь первого транзистора 1 тока управления Iynp

Первый транзистор 1 начинает открываться — 15 напряжение 4к уменьшается, а ток I<> увеличивается с постоянной времени, определяемой нагрузкой 4, При уменьшении напряжения U><> первый конденсатор 5 начинает перезаряжаться, что приводит к по- 20 явлению на эмиттер-базовом переходе второго транзистора 7 положительного напряжения U>g7, которое не изменяет состояние второго транзистора 7, который до момента времени l7è такнаходился в эакры- 25 том состоянии, Первый защитный диод 10 обеспечивает ограничение положительного напряжения прокладываемого к эмиттербазовому переходу второго транзистора 7 при открывании первого транзистора 1, 30

Таким образом, в устройстве за счет введения положительной обратной связи по скорости нарастания напряжения эмиттерколлектор первого транзистора 1, которую обеспечивают вновь введенные элементы, 35 на базовый вывод первого транзистора 1 при его закрывании подается запирающий импульс напряжения, что обеспечивает уменьшение времени нарастания напряже- ния эмиттер-коллектор первого транзисто- 40 ра 1 и времени спада тока, протекающего через первый транзистор 1, т.е. уменьшается время закрывания транзисторного ключа без дополнительного запирающего источника.

Формула изобретения

Транзисторный ключ без дополнительного запирающего источника напряжения, содержащий первый транзистор, база которого предназначена для подключения к источнику управляющего сигнала, эмиттер — к одному выводу источника питания, коллектор — к одному выводу нагрузки, второй транзистор, эмиттер которого связан с эмиттером первого транзистора, первый и второй резисторы, каждый из которых подключен параллельно база-эмиттерному переходу соответствующего транзистора, третий, четвертый и пятый резисторы, первый конденсатор и первый диод, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения времени закрывания транзисторного ключа, введены второй конденсатор и второй и третий диоды, причем один вывод второго конденсатора подключен к коллектору второго транзистора и одному выводу третьего резистора, другой вывод которого предназначен для подключения к другим выводам нагрузки и источника питания, другой вывод второго конденсатора соединен с одним выводом первого диода и одним выводом четвертого резистора, другой вывод которого соединен с эмиттером первого транзистора, к базе которого подключен другой вывод первого диода, второй и третий диоды подключены параллельно база-эмиттерным переходам первого и второго транзисторов соответственно, один вывод первого конденсатора соединен с коллектором первого транзистора, а другой через пятый резистор— с базой второго транзистора.

1661935 z 44 J "х

@uzi

Составитель А. Парочкина

Редактор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал. Корректор M. Пожо

Заказ 2133 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101