Транзисторный ключ

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 0606.80 (21) 2933822/18-21 151) М. Кл.з Н 03 К 17/60 с присоединением заявки МоГосударственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛОЧ Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, в частности, в импульсных усилителях мощности.Известен транзисторный ключ,.содержащий параллельно соединенные силовые транзисторы, подключенные к общему предоконечному усилителю на транзисторе, дополнительно введенные дифференциальный каскад (усилитель) и эталонный источник питания, причем база общего транзистора предоконечного усилителя соединена с выходом дифференциального усилителя, один вход которого подключен к общему коллектору параллельно соединенных силовых транзисторов, а другой вход - к выходу источника эталонного напряжения, другой выход которого соединен с общей базой силовых транзисторов (1.Однако в данном. транзисторном ключе не обеспечивается равномерное токораспределение из-эа отсутствия син;хронности включения и выключения параллельно соединенных силовых транзисторов, что приводит к значительным броскам токов в отдельных транзисторах и снижению надежности рабо-ты ключа. Наиболее близок к предлагаемомупо технической сущности транзисторный ключ, содержащий л параллельносоединенных силОвых транзисторов,два вспомогательных транзистора,один из которых подключен эмиттеромк базе первого силового транзистора,базой через разделительный диод -к коллекторам силовых транзисторов,обратный диод и пять резисторов 2).Однако в известном устройстве необеспечивается идентичность токораспределения в каждом иэ силовых транзисторов, что снижает надежность ра .боты ключа.Цель изобретения - повьааение надежности.Для достижения поставленной целив транзисторный ключ, содержащий ипараллельно соединенных силовых трайзисторов, два вспомогателы ых транзистора, один иэ которых подключенэмиттером к базе первого силовоготранзистора, базой через разделительный диод - к коллекторам силовыхтранзисторов, обратный диод и пятьрезисторов, введены (п) вспомога"тельных транзисторов, (и) раздели"тельных и (и).обратных диодов, ЗО (и) резисторов и и поэисторов,9117 30 25 30 35 40 45 50 65 причем второй и каждый из (и) введенных вспомогательных транзисторыподключены эмиттерами к базам соответствующих (и) силовых транзисторов, а базами через соответствующийразделительный диод - к коллекторамсиловых транзисторов, каждый обратный диод включен с соответствующимрезистором в последовательную цепь,выводы которой подключены параллельно эмиттер-коллекторному переходусоответствующего. вспомогательноготранзистора, коллектор которого подключен ко входной шине, соединеннойс первыми выводами позисторов, вторыевыводы которых подключены к базамсоответствующих вспомогательных тран зисторов,На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.."транзисторный ключ содержит и,напрнмер два, параллельно соединенныхсиловйх транзистора 1 и 2, вспомогательные транзисторы 3 и 4, разделительные диоды 5 и б, позисторы 7 и 8(терМисторы с положительным ТКС),обратные диоды 9 и 10 резисторы 11и 12, источник 13 питания и нагрузку 14. На вход ключа поступают управляющие сигналы от источника 15.Вспомогательные транзисторы 3 и 4подключены эмиттерами к базам силовых транзисторов 1 и 2, а базами через разделительные диоды 5 и б - кобщей точке соединения коллекторовсиловых транзисторов 1 и 2. Одни выводы поэисторов 7 и 8 соединены сбазами вспомогательных транзисторов3 и 4, а другие их выводы .совместнос коллекторами этих транзисторов соединены с управляющим входом ключа.Цепи из последовательно соединенныхобратных диодов 9 и 10 и резисторов11 и 12 включены параллельно эмиттерно-коллекторным переходам вспомогательных транзисторов 3 и 4. Силовые транзисторы 1 и 2 объединеныиндивидуальными термическими отрицательными обратными связями (ООС)с позисторами 7 и 8, расположевныминепосредственно на полупроводниковой структуре силовых транзисторов1 и 2.Предлагаемый транзисторный ключработает следующим образом. При поступлении на вход ключа отрицательного управляющего напряжения обратные диоды 9 и,10 смещаются в прямом направлении и, шунтируя вспомогательные транзисторы 3 и 4, обеспечивают надежное запирание силовых транзисторов 1 и 2, предотвращая нежелательную инверсию режима этих транзисторов. Так как напряжение на коллекторах запертых силовых транзисторов 1 и 2 положительное и достаточно высокое (=Е), то разделительные диоды 5 и б смещены в обратном направлении и разделяют низковольтную входную и высоковольтную силовую цепи ключа.5 При подаче на вход ключа положительного управляющего напряжения .диоды 9 и 10 запираются, а через поэисторы 7.и 8 и базо-эмиттерные переходы силовых транзисторов 1 и 2 10 протекает ток прямого смещения вспомогательных транзисторов 3 и 4 от источника управляющих сигналов. Так как токи в позисторах 7 и 8 и в базах силовых транзисторов 1 и 2 от личаются в (9+1) раз (где Ь - динамический коэффициент передачи базового тока вспомогательных транзисторов 3 и 4), то энергетические потери на позисторах невелики и влияние,собственного их разогрева на порог срабатывания исключается. В результате силовые транзисторы 1 и 2 открываются и напряжение на их коллекторах начинает уменьшаться. Известно, что, контролируя величину и знак напряжения на коллекторном переходе (Чб ), можно осуществить работу силовых транзисторов в заданном режиме независимо от изменения тока нагрузки. Оптимальному режиму, при котором суммарные потери в силовых транзисторах минимальны, соответствует определенное оптимальное значение М б . Обычно это режим неглубокого насыщения, близкий к граничному, при котором Мя 0Однако в связи со значительным разбросом собственных сопротивлений баз, эмиттера и коллектора силовых транзисторов 1 и 2 их М кБ Опт,также различны. Поэтому для надежной работы мощного ключа необходимо обеспечить индивидуальный контроль напряжений Чб для каждого и параллельно соединенных силовых транзисторов, развязав их базы от общего входного зажима.Необходимость индивидуального регулирования Ч) а вместе с тем и тока базы в соответствии с изменением тока коллектора силовых транзисторов диктуется различием протекающих через них токов и наличием сильной зависимости усиления базового тока от величины тока коллектора и температуры каждого из параллельно соединенных транзисторов.В соответствии с этим в транзисторном ключе предусмотрено индивидуальное слежение тока базы за током коллектора (нагрузки) каждого силового транзистора, которое осущест- " вляется следующим образом,При уменьшении потенциала коллекторов напряжение Ч силовых транзисторов 1 и 2 уменьшается и при доформула изобретения стижении его заданного оптимального значения диоды 5 и 6 открываются.При этом ток, протекающий через позисторы 8 и 9 и определяющий базовый ток вспомогательных транзисторов3 и 4, через открытые диоды 5 и 6начинает ответвляться в выходнуюцепь ключа, что приводит к уменьшению базового тока вспомогательныхтранзисторов 3 и 4, уменьшая на нихпадение напряжения и ограничивая таким образом дальнейшее насыщение силовых транзисторов 1 и 2.При увеличении тока нагрузки на"пряжения М силовых транзисторовувеличиваются и диоды 5,6 начинают запираться, что приводит к увеличению базовых токов вспомогательныхтранзисторов 3 и 4 и уменьшению ихвыходных сопротивлений. В результате базовые токи силовых транзисторов 1 и 2 увеличиваются, обеспечивая таким образом заданную степеньнасыщения,Так как базы силовых транзисторов1 и 2 на этапе регулирования насыщенного базового тока развязаны значительными динамическими сопротивлениями транзисторов 3 и 4 от общеговходного зажима, то при этом обеспечивается индивидуальное слежениеэа напряжением Н каждого из параллельно соединенных силовых транзисторов 1 и 2.При переключении транзисторов наибольшему разбросу подвержено времявыключения из-за наличия длительногоэтапа рассасывания избыточных носителей (барбос ). Поскольку степень насыщения силовых транзисторов 1 и 2до выключения поддерживают постоянной, то накопленные заряды иэбыточных носителей в структурах одинаковы. Идентичность Срп и улучшение,таким образом, токораспределенияпри переключении достигается путемвыравнивания запирающих силовые транзисторы 1 и 2 обратных токов, протекающих через обратные диоды 9 и 10и входные цепи транзисторов. Это осуществляется включением последовательно с обратными диодами 9 и 10 резисторов 11 и 12.50 Это дает возможность обеспечить выравнивание коллекторных токов силовых транзисторов 1 и 2 в условиях постоянства их температур. Однако токораспределение в паралЛельно соединенных транзисторах в .значительной мере зависит от условий теплообмена между структурами и окружающей их средой, причем в схемах со слежением тока базы за током коллектора,. в которых используются режимы работы с невысокой степенью насыщения, близкие к граничным, температурные зависимости токо- распределения и времени переключения силовых транзисторов наиболее выражены.С учетом этого в транзисторном ключе предусмотрены индивидуальные термические ООС между каждым из силовых транзисторов и соответствующим позистором, являющимся регулятором насыщающего базового тока.Термические ООС осуществляются путем непосредственного теплового контакта структуры силовых транзисторов 1 и 2 и позисторов 7 и 8, включенных в базовые цепи вспомогательНых транзисторов 3 и 4. С изменением температуры структуры силового транзисто". ра происходит согласное изменение сопротивления позистора и противоположное изменение базового тока силового транзистора, в результате чего степень насыщения последнего поддерживается постоянной в широком диапазоне изменения температур. Этим достигается улучшение токораспределения в силовых транзисторах как в статике, так и при их переключении.Кроме того, позисторы выполняют и свою прямую функцию тепловой защиты силовых транзисторов и ключа в целом.Совокупность перечисленных выше мер позволяет обеспечить существенное повышение надежности работы мощного транзисторного ключа. Транзисторный ключ, содержащий ипараллельно соединенных силовых транзисторов, два вспомогательных транзистора, один иэ которых подклю" чен эмиттером к базе первого силового транзистора, базой через разделительный диод - к коллекторам силовых транзисторов, обратный диод и пять резисторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, в него введены (и) вспомогательных транзисторов, (и) разделительных и (и) обратных диодов, (п) резисторов и и позисторов, причем второй и каждый из (и) введенных вспомогательных транзисторы подключены эмиттерами к базам соответствующих (п) силовых транзисторов, а базами через соответствую" щий разделительный диод - к коллекторам силовых транзисторов, каждый обратный диод включен с соответствующим резистором в последовательную цепь, выводы которой подключены параллельно эмиттер"коллекторному переходу соответствующего вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен ко входной шике, соединенной с первыми выводами позисторов, вторые выводы которых подключены к911730 базам соответствунщих вспомогательных транзисторов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе оставиехред ль На агя 1 челинская Редакто КорректорИ, Бокшан аказ 1149 Тираж 954дарственного коизобретений и о-35, Раущская н писное митета СССРткрытийд г Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная ВНИИПИ Го по дела 13035, Москва, 1, Авторское свидетельство СССР М 505128, кл, Н 03 К 17/04, 1978.2Электричество. 1977, 9 10, с. 84 и 85