Электронное реле

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«н993474

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт свид-ву(22) Заявлено 290481 (2113286579/18-21 с присоединением заявки № =(31)М Кл з

Н.ОЗ, К 17/60

Государственный яомнтет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 30.0 1.83. Бюллетень ¹ 4

Дата onóáëèêîââíìÿ описания 300183 тзз1УДК 621.374.3 (088. 8). (73) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННОЕ PEJIE

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в раз-. личных областях техники.

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

Однако герконы и трансформаторы имеют. большие габариты, а оптроны невысокую температурную стабильность и низкий КПД.

Наиболее близким к предлагаемому является электронное реле, содержащее транзисторный преобразовательэлектрической энергии в тепловую соединенный с источником управляющего сигнала, преобразователь тепловой энергии в электрическую, samoaненный на дифференциальном транзисторном каскаде, коллекторы транзисторов которого через нагрузочные резисторы соединены с плюсовой шиной источника питания и с входами релейного усилителя, эмиттеры соединены между собой и через резистор подключены к общей щине, а базы— к соответствующим элементам делителя, подключенного параллельно источнику питания (:2 j

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

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в электронное реле, содержащее первый транзисторный преобразователь электрической энергии в тепловую, подключенный к источнику управляющего сигнала, преобразователь тепловой энергии в электрическую, выполненный на дифференциальном каскаде, коллекторы транзисторов которого через нагрузочные резисторы подключены к шине питания и к входам релейного усилителя эмит. теры подключены через резистор к общей шине, а базы — к резистивному делителю, состоящему из последовательно включенных трех резисторов, подключенному параллельно источнику питания, во входной транзисторный преобразователь электрической энергии в тепловую введен накопительный конденсатор, одной обЗО кладкой подключенный к плюсовой

993474

45 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 электри- 5 ческой энергии в тепловую, соединен1ной через второй ограничительный резистор с плюсовой шиной источника управляющего сигнала.

Кроме того, в электронное реле 10 введен второй транзисторный преобразователь электрической энергии в тепловую, коллектор транзистора которого подключен к плюсовой шине питания источника управляюцего сигнала,(5 эмиттер соединен с другой обкладкой накопительного конденсатора, а база— с базой первого транзисторного преобразователя электрической энергии в тепловую.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры коллекторных токов и температуры транзисторов преобразователей.

Электронное реле содержит транзисторный преобразователь электрической энергии в тепловую, выполненный на транзисторе 1, подключенном коллектором к плюсовой шине источника 2 управляющего сигнала, а змиттером— к его минусовой шине, преобразователь тепловой энергии в электрическую, выполненный на транзисторе 3, име,ющем тепловую связь с транзистором

1, и транзисторе 4, коллекторы которых 35 соединены с входами релейного усилителя, через нагрузочные резисторы

5 и 6 — с плюсовой шиной источника питания, а эмиттеры соединены между собой и через резистор 7 " обцей 40 шиной, а базы — с делителем, выполненным на, резисторах 8-11, накопительный 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 ограничительный резистор 16 — с базой транзистора 1, подключенной через второй ограничительный резистор 17 с плюсом источника управляющего сигнала, к которому подключен также коллектор второго транзисторного преобразователя электрической энергии в тепловую на транзисторе 18, эмиттер которого соединен с соответствующим выводом накопительного конденсатора 12, а база — с базой транзистора 1.

Реле работает следуюцим образом.

При отсутствии напряжения на выходе источника 2 управляюцего сигнала транзисторы 1 и 18 обесточены температура на транзисторах 3 и 4 дифференциального каскада близка к темйературе окружающей среды, при- 65 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 смецения дифференциального каскада с транзисторами конкретного типа и выбирается в пределах

10-30 мВ. Релвйный усилитель 11 выключен.

При включении источника 2 управляющего сигнала (фиг, 2а) тРанзистоР

1 открывается и нагревается за счет мощности, рассеиваемой на коллемторном 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 ограниФ чительный 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 С(выбирается, равной тепловой постоянной времени транзистора 1 ° Кривая 1 (фиг, 2 6) изображает суммарный коллекторный ток транзисто- ра 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 (П +() )станет меньше UmTg транзистор

3 откроется, транзистор 4 закроется, а релейный 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 1 ) является суммой кривых разогрева эа 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. Источником в данном случае служит заряженный накопитель- ный конденсатор 12. Емкость его выбирается такой, чтобы при разряде его через транзистор 18 разогрев последнего был бы достаточен для форсирован. ного включения транзистора 4 (кривая 4, фиг. 2г), имеющего с ним теп993474 формула изобретения

35 ловую связь. Нагрев транзистора -4= дифференциального каскада эквива-лентен принудительному охлаждению

«транзистора 3.

Таким образом, за счет введения

--форсированного включения и выключения электронногО реле повышается его быстродействие. На фиг. 2г показана кривая 2 — нагрев транзистора 1 осуществляется только .благодаря базовому току через резистор 17, а 10 охлаждение только путем рассеивания тепла за счет теплопроводности.-.При этом время включения- и выключения

Il составляет соответственно (+q- Ty 2 и (" — -т, ) — кривая 2, фиг. 2 д.. 15

При форсировании эа счет дополнительного нагрева транзистора 1 .при заряде накопительного конденсатора

12 и эа счет нагрева транзистора 18 при его разряде кривая нагрева имеет значительно более крутые передний и задний фронты, а время включения („ Т, ) и время выключения значительно меньше (кривая 1, фиг. 2 г).

По сравнению с эяектронным реле, использующим в качестве элемента гальванической развязки оптроны, предлагаемое устройство с гальванической развязкой за счет теплопередачи практически нечувствительно к различного рода электрическим, электростатичес-. ким и магнитным помехам.

l. Электронное реле, содержащее первый транзисторный. преобразователь электрической энергии в тепловую, подключенный к источнику управляющего сигнала, преобразователь тепло-. вой энергии в электрическую, выполненный на дифференциальном каскаде, коллекторы транзисторов которого через нагрузочные резисторы подключены к шине -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 парал= лельно источнику питания, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения быстродействия, во входной транзисторный преобразователь электрическойзнергии в тепловую введен накопительный кон} енсатор, одной 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.

2. Реле по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в него введенвторой транзисторный преобразователь электрической энергии в тепловую, коллектор транзистора которого.подключен к плюсовой шине питания источ-" ника управляющего 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

1." P Sotocvup овгз ргснйе д ЕОд СапцЕс ои EKE Е, 1977, р 131, р. 30

34.

2. Авторское свидетельство сср по заявке Р 2897367/21, кл. Н 03 К 17/60, 1980 (прототип}.

993474

Составитель Ю.Романовский

Редактор Н.Ковалева Техред Т.фанта . Корректор А. Ференц

Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам иэобретений и открытий

Закаэ 507/76

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4