SU1448405A1 - Двухтактный ключ переменного напр жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бесконтактным переключател м переменного напр жени  и может быть использовано в качестве выключател  электрических нагрузок малой мощности, в частности, в схемах управлени  электролкминес- центными индикаторами. Цель изобретени  - повьапение надежности. Предлагаемый двухтактный ключ управл етс  сигналами логических микросхем, что упрощает схему управлени  им, и имеет незначительную рассеиваемую мощность . При этом достигаетс  снижение массогабаритных характеристик устройств управлени  в 5-6 раз. 1 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к бесконтактным переключател м переменного напр жени  и может быть использовано в качестве выключател  электрических нагрузок малой мощности, в частности в схемах управлени  электролюминесцентными индикаторами.

Цель изобретени  - повышение надежности работы.

На чертеже приведена электрическа схема предлагаемого двухтактного ключа переменного напр жени .

Устройство содержит первый транзистор 1 п-р- пгтипа,второй транзистор 2 р-п-р-типа,третий транзистор 3 п-р-п- Гипа,четвертый транзистор 4 р-п-р-ти- па, п тый транзистор 5 п-р-п-типа, шестой транзистор 6 р-п-р-типа, седь мой транзистор 7 п-р-п-типа,. восьмой транзистор 8 р-п-р-типа, первый 9, второй 10, третий 11, четвертый 12, п тый 13, шестой 14, седьмой 15, восьмой 16, дев тый 17, дес тый 18, одиннадцатый 9, двенадцатый 20 дио- ды; первый 21, второй 22, третий 23, четвертый 24, п тый 25, шестой 26, седьмой 27, восьмой 28,дев тый 29, дес тый 30, одиннадцатый 31 резисторы; первый. 32, второй 33, третий 34, четвертьй 35 электронные ключи, нагрузку 36, трансформатор питани  37, состо щий из обмотки 38 управлени  и двух вторичных обмоток: первой 39, обеспечивающей напр жение первого ис точника 40 переменного напр жени , и второй 41, обеспечивающей напр жение второго источника 42- переменного напр жени , шину 43 отрицательного источника напр жени , шину 44 положи тельного источника напр жени , общую шину 45, входную шину 46. В качестве электронных ключей 32-35 могут использоватьс  любые микросхемы типа 564КТЗ, 590КН4, 590КН5 и т.д., пред- назначенные дл  коммутации напр жений с амплитудой до ±10 В.

К коллектору транзистора 1 подключен катод диода 9, между базой т ран- зистора 1 и шиной 44 включен резне- тор 21, к коллектору транзистора 2 подключен анод диода 10, между базой транзистора 2 и шиной 43 включен резистор 22, анод диода 9 соединен с катодом диода 10 и с первым зыводом нагрузки 36, анод диода 11 подключен к эмиттеру транзистора 1, а катод - к обшей шине 45, катод диода 12 подключен к эмиттеру транзистор-э 2, а

анод - к общей шине 45, к коллектору транзистора 3 подключен катод днода 13, к коллектору транзистора 4 подключен анод диода 14, анод диода 13 соединен с катодом диода 14, между базами и общей шиной 45 транзисторов 3 и 4 включены соответственно резисторы 23 и 24, к общей шине 45 подключен катод диода 15 и анод диода

16,резистор 25 включен между эмиттером транзистора 3 и анодом диода 15, резистор 26 включен между эмиттером транзистора 4 и катодом диода 16 эмиттер транзистора 5 подключен к первому источнику 40 переменного напр жени  , коллектор - к катоду диода

17,между базой и эмиттером транзистора 5 включен ре.зистор 27, эмиттер транзистора 6 подключен к первому источнику 40 переменного напр жени , коллектор - к аноду диода 18, междз базой и эмиттером транзистора 6 включен резистор 28, анод диода 17 соединен с катодом диода 18 и подключен к первому выводу нагрузки 36, второй вывод которой соединен с общей шиной 45, к базе транзистора 5 подключен эмиттер транзистора 7, база которого подключена к аноду диода 13 и катоду диода 14, к базе транзистора 6 подключен эмиттер транзистора 8, база которого соединена с базой транзистора 7, к второму источнику 42 переменного напр жени , который синхронизирован с первым источником 40 переменного напр жени , подключен анод диода 19 и катод диода 20, между катодом диода 19 и коллектором транзистора 7 включен резистор 29, между анодом диода 20 и коллектором транзистора 8 включен резистор 30, резистор 31 включен между первым источником 40 переменного напр жени  и объединенными базами транзисторов 7 и 8, первый и второй контакты электронного ключа 32 включены между базой транзистора

1 и общей шиной 45, первый и второй контакты электронного ключа 33 включены между базой транзистора 2 и общей шиной 45, первый и второй контакты электронного ключа 34 включены между шиной 44 и базой транзистора 3, первый и второй контакты электронного ключа 35 включены между шиной 43 и базой транзистора 4, управл ющие входы всех четырех электронных ключей 32-35 объединены и подключены к входной шине 46 устройства. Первый и вто314

рой источники 40 и 42 переменного напр жени  представл ют собой две вторичные обмотки 39 и 41 трансформатора 37 питани  с одной общей обмоткой 38 управлени , одноименные кони  вторичных обмоток объединены в точке получени  напр жени  первого источника 40 переменного .напр жени .

Устройство работает следующим об- разом.

Дл  управлени  нагрузкой 36 необходимо переменное напр жение амплитудой 150-250 В. Необходимое дл  этого напр жение снимаетс  с первой вто- ричной обмотки 39 трансформатора 37 питани  и  вл етс  первым источником 40 переменного напр жени  Е . Выход второй вторичной обмотки 41 трансформатора 37 питани   вл етс  вторым ис- точником 42 переменного напр жени  причем за счет включени  вторичных обмоток 39 и 41 и использовани  одной первичной обмотки 38 управлени 

+Eji - y 6j 3 ;;: U4JJi

Rjs напр жение на шине 44; напр жение база - эмиттер транзистора 3; падение напр жени  на диоде 13;

номинал резистора 25, рицательной полуволне Hanpfi- ервого источника 40 переменр жени  ток протекает через р 4 и определ етс  величи

и

R

и

напр жение на шине 43; напр жение база - эмиттер транзистора 4;

- падение напр жени  на диоде 16; номинал резистора 26.

13 и 14 служат дл  предотсмещени  в пр мом направпё

первый и второй источники 40 и А2 пе- 25 нии коллекторных переходов соответ- ременного напр жени  синхронизированы ственно транзисторов 3 и 4. по частоте и фазе, а амплитуда второ- Транзисторы 1 и 2 закрыты за счет го источник 42 меньше амплитуды пер- того, что их базы соединены с общей

шиной 45 через сопротивление замкну- 30 тых электронных ключей 32 и 33, ток от шины 44 протекает через резистор 21 на общую шкчу 45 через.электронный ключ 32, а ток от шины 43 протекает через резистор 22 на общую шину 45 через электронный ключ 33. Диоды 11 и 12 включены дл  компенсации падени  напр жени  от шин 43 и 44 на сопротивлении электронных ключей 32 и 33 и надежного запирани  транзисторов

40

35

вого источника 40 на посто нную величину ЗЕ IE 1 I - I . Величина ЛЕ составл ет 5-10 В, что уменьшает рассеиваемую мощность устройства.

При подаче на входную шину 46 напр жени  логического уровн  оно поступает на управл ющие входы электронных ключей 32-35, которые либо замыкают , либо разрывают цепь между первым и вторым контактами указанных ключей. В первом случае, если первый и второй контакты электронных ключей 32-35 замкнуты, на базу транзистора 3 подаетс  напр жение с шины 44 +Ер через сопротивление замкнутого электронного ключа 34, на базу транзистора 4 подаетс  напр жение с шины 43 -Е через сопротивление замкнутого электронного ключа 35, базы транзисторов 1 и 2 подключены к общей шине 45 через сопротивление замкнутых . электронньк ключей 32 и 33. Транзисторы 3 и 4 включены по схеме эмит- терных повторителей и переход т в режим ограничени  тока,т.е. в цеп х их эмиттеров включены резисторы 25

и 26. При положительной полуволне на- gg где напр жение база - эмиттер пр жени  от первого источника 40 переменного напр жени  ток протекает U через транзистор 3 и определ етс  величиной ,

1 и 2. Диоды 9 и 10 служат дл  предотвращени  смещени  в пр мом направлении коллекторньрс переходов, соответственно , транзисторов 1 и 2,

Ток от первого источника 40 пере- 45 менного напр жени , протека  через транзисторы 3 и 4, создает на резисторе 31 падение напр жени , достаточное дл  открыти  транзисторов 7 и З.., При положительной полуволне от первого источника 40 переменного напр жени  транзисторы 6 и 8 открываютс . В базу транзистора 8 поступает ток

IB 1э - (U538 U8n).

50

5-3 (, R,

-гt

транзистора 8; напр жение база - эмиттер транзистора 6; номинал резистора 31.

30

35

1 и 2. Диоды 9 и 10 служат дл  предотвращени  смещени  в пр мом направлении коллекторньрс переходов, соответственно , транзисторов 1 и 2,

Ток от первого источника 40 пере- менного напр жени , протека  через транзисторы 3 и 4, создает на резисторе 31 падение напр жени , достаточное дл  открыти  транзисторов 7 и З.., При положительной полуволне от первого источника 40 переменного напр жени  транзисторы 6 и 8 открываютс . В базу транзистора 8 поступает ток

IB 1э - (U538 U8n).

напр жение база - эмиттер

транзистора 8; напр жение база - эмиттер транзистора 6; номинал резистора 31.

Транзистор 8 переходит в ключевой режим, и через него протекает ток, завис щий от разности напр жений первого и второго источников 40 и 42 переменного напр жени  и номинала резистора 30, Этот ток определ етс  величиной

ЛЕ - HSit UKS - UASO « ,

где 4Е - разность напр жений первого и второго источников 40 и 42 переменных напр жений; - напр жение база - эмиттер

транзистора 6j

Ukje напр жение насыщени  коллектор - эмиттер транзистора 8 - падение напр жени  на диоде 20;

R30 - номинал резистора 30, В базу транзистора 6 поступает ток

Ifft I - Usat/ 28.

где R 2S номинал резистора 28.

Аналогично происходит открывание транзисторов 5 и 7 при отрицательной полуволне напр жени  первого источника 40 переменного напр жени . Диоды 17-20 служат дл  предотвращени  сме- щени  в пр мом направлении коллекторных переходов соответственно транзисторов 5-8 Положительна  полуволна напр жени  от источника 40 поступает в нагрузку 36 через насыщенный тран- зистор 6, а отрицательна  полуволна напр жени  поступает в нагрузку 36 через насыщенный транзистор 5. Так как транзисторы 1 и 2 закрыты, то, практически, все напр жение от перво- го источника 40 прикладываетс  к нагрузке 36, Через транзисторы 1 и 2 протекают только обратные токи коллекторов , которые не вли ют на  ркость свечени  электропюминесцентно- го индикатора нагрузки 36,

Так как разность напр жений первого и второго источников 40 и 42 переменного напр жени  вала, то транзисторы 7 и 8 выбираютс  низковольтными с большим коэффициентом усилени , что позвол ет значительно уменьшить токи от первого источника 40 переменного напр жени  через транзисторы 3 и 4 и увеличить ток, поступающий в базы транзисторов 5 и 6 через транзисторы 7 rf 8 соответственно, 6 первом случае , ток от первого источника 40 определ ет основную рассеиваемую мощность устройства, а во втором случае ток, поступающий в базы транзисторов 5 и 6, определ ет нагрузочную способность устройства.

Суммарна  рассеивающа  мощность устройства определ етс 

Р Е. + ЛЕ I

SS,S(,

где Е - напр жение первого источника 40 переменного напр жени  (равное 150-250 В); 1э,4 ток через транзисторы 3 и 4; .,-Е - разность между напр жением первого и второго источников 40 и 42 переменного напр жени  (равное 5-10 В); Ig-j ток, поступающий в базу

транзисторов 5 и 6. Использование двух вторичных обмоток 39 и 41 в транзисторе 37 питани  позвол ет получить при минимально возможной рассеиваемой мощности максимально возможную нагрузочную способность устройства.

Во втором случае, если первьй и второй контакты электронных ключей 32-35 разомкнуты, базы транзисторов 3 и 4 через резисторы 23 и 24 подключены только к общей шине 45. Тока через электронные.ключи 34 и 35 от шин 43 и 45 нет. Транзисторы 3 и 4 закрыты. Диоды 15 и 16 служат дл  надежного запирани  транзисторов 3 и 4. Ток через резистор 31 также отсутствует . Транзисторы 7 и 8 закрыты; ток через них не протекает. Следовательно , за счет наличи  резисторов 27 и 28 закрыты транзисторы 5 и 6. Через них могут протекать только обратные токи коллекторных переходов транзисторов 5 и 6 и обратные токи диодов 17 и 18. С другой стороны, ток от шины 44 через резистор 21 поступает в базу транзистора 1, а ток от шины 43 через резистор 22 поступает в базу транзистора 2. Транзисторы 1 и 2 открыты и насыщены, поэтому все токи утечки: обратные токи коллекто р- luix переходов транзисторов 5 и 6, обратные токи диодов 17 и 18 протекают на общую шину 45 не через нагрузку 36, а через диод 9, насьш1енный транзистор 1, диод 11 или через диод 10, насыщенный транзистор 2, диод 12, что полностью исключает возможность паразитной подсветки электролюминесцентного индикатора вые зависимости от его емкости.

Предлагаемой двухтактный ключ переменного напр жени  повышает надежность и расшир ет диапазон нагрузочных емкостей при работе с электро люминесцентными индикаторами, управл етс  сигналами логических микросхем , что упрощает схему управлени  им и имеет незначительную рассеивающую мощност.ь, что позвол ет изготовить его в микроминиатюрном исполнении по гибридной технологии. При этом достигаетс  снижение массогаба- ритных характеристик устройств управлени  электролюминесцентными индикаторами в 5-6 раз.

Claims (1)

1. Формула изоб. ретени 20

   Двухтактный ключ переменного напр жени , содержащий первый транзистор п-р-п-типа проводимости, второй транзистор р-п-рттипа проводимости, 25 два диода, два резистора, первый источник переменного напр жени , источник полож.гельного напр жени  j. источник отрицательного напр жени , коллектор первого транзистора соединен с ЗО катодом первого диода, между базой первого транзистора и шиной источника положительного напр жени  включен первьй резистор, коллектор второго транзистора соединен с анодом второго диода, а между базой второго тран- зистрра и шиной источника отрицатель- ного напр жени  включен второй резистор , анод первого диода соединен с катодом второго диода и с первым вы- 40 водом нагрузки, .отличающий- с   тем, что, с целью повьшени  надежности работы, введены третий транзистор п-р-п-типа проводимости, четперва  и втора  вторичные обмотки трансформатора питани  одноименным концами объединены в точке получен напр жени  первого источника перем ного напр жени , анод третьего дио соединен с эмиттером первого транз тора, а катод - с общей шиной, кат четвертого диода соединен с эмитте ром второго транзистора, а анод - общей шиной, с коллектором третьег транзистора соединен катод.п того диода, с коллектором четвертого транзистора соединен анод шестого диода, анод п того диода соеданен катодом шестого диода, между базам третьего и четвертого транзисторов общей шиной включены соответственн третий и четвертый резисторы, като седьмого диода и анод восьмого дио соединены с общей шиной, между эми тером третьего транзистора и анодо седьмого, диода включен п тый резис

   35

   тор, между эмиттером четвертого тр зистора и катодом восьмого диода включен шестой резистор, эмиттер п того Транзистора соединен с первь источником переменного напр жени , коллектор - с катодом дев того дио да , между базой и эмиттером п того транзистора включен седьмой резист эмиттер щестого транзистора соедин с первым источником переменного на пр жени , коллектор - с анодом дес того диода, между базой и эмиттеро шестого транзистора включен восьмо резистор, анод дев того диода соед нен с катодом дес того диода и под ключен к первому выводу нагрузки, второй вывод которой соединен с об щей шиной, к базе п того транзисто подключен эмиттер седьмого транзи тора, база которого соединена с ан дом п того диода и катодом шестого

   вертый транзистор р-п-р-типа проводи- 45 ДИОда, к базе шестого транзистора

   мости, п тый транзистор п-р-п-типа проводимости, шестой транзистор р-п - р-типа проводимости, седьмой транзистор п-р-п-типа проводимости, восьмой

   транзистор р-п-р-типа проводимости, gg

   дес ть диодов, дев ть резисторов, четыре электронных клшча и трансформатор питани , состо щий из обмотки управлени , первой вторичной обмотки, котора  обеспечивает напр жение первого источника переменного напр жени , и второй вторичной обмотки, котора  обеспечивает напр жение второго источника, переменного напр жени ,

   подключен эмиттер восьмого транзис ра, база которого соединена с базо седьмого транзистора, к второму ис точнику переменного напр жени , ко рый синхронизирован с первым источ ником переменного напр жени , подк чен анод одиннадцатого диода и кат двенадцатого диода, между катодом одиннадцатого диода и коллектором ее седьмого транзистора включен дев т резистор, между анодом двенадцатог диода и коллектором восьмого транз тора включен дес тый резистор, оди надцатый резистор включен между пе

   10

   20

   25 ЗО 40 84058

   перва  и втора  вторичные обмотки трансформатора питани  одноименными концами объединены в точке получени  напр жени  первого источника переменного напр жени , анод третьего диода соединен с эмиттером первого транзистора , а катод - с общей шиной, катод четвертого диода соединен с эмиттером второго транзистора, а анод - с общей шиной, с коллектором третьего транзистора соединен катод.п того диода, с коллектором четвертого транзистора соединен анод шестого диода, анод п того диода соеданен с катодом шестого диода, между базами третьего и четвертого транзисторов и общей шиной включены соответственно третий и четвертый резисторы, катод седьмого диода и анод восьмого диода соединены с общей шиной, между эмиттером третьего транзистора и анодом седьмого, диода включен п тый резис15

   5 О 0

   5

   тор, между эмиттером четвертого транзистора и катодом восьмого диода включен шестой резистор, эмиттер п того Транзистора соединен с первьгм источником переменного напр жени , коллектор - с катодом дев того диода , между базой и эмиттером п того транзистора включен седьмой резистор, эмиттер щестого транзистора соединен с первым источником переменного напр жени , коллектор - с анодом дес того диода, между базой и эмиттером шестого транзистора включен восьмой резистор, анод дев того диода соединен с катодом дес того диода и подключен к первому выводу нагрузки, второй вывод которой соединен с общей шиной, к базе п того транзистора подключен эмиттер седьмого транзистора , база которого соединена с анодом п того диода и катодом шестого

   g

   подключен эмиттер восьмого транзистора , база которого соединена с базой седьмого транзистора, к второму источнику переменного напр жени , который синхронизирован с первым источником переменного напр жени , подключен анод одиннадцатого диода и катод двенадцатого диода, между катодом одиннадцатого диода и коллектором е седьмого транзистора включен дев тый резистор, между анодом двенадцатого диода и коллектором восьмого транзистора включен дес тый резистор, один- надцатый резистор включен между первым источником переменного напр жени и объединенными базами седьмого и восьмого транзисторов, первый и второй контакты первого электронного ключа включены между базой первого транзистора и общей шиной, первый и второй контакты второго электронного ключа вклкмены между базой второго транзистора и общей шиной, первый и второй контакты третьего электронно Д8405- 10

   го ключа включены между шиной положительного источника питани  и базой третьего транзистора, первый и второй контакты четвертого электронного ключа включены между шиной отрицательного источника напр жени  и базой четвертого транзистора, управл ющие входы четырех электронных ключей объеди- 10 нены и подключены к входной шине устройства .