Транзисторный ключ

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 78 03 К 17 6 КОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТНЯТИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ 4 ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛ К АВТОРСКОМУ зур. Е(56) Автоское свидетельство СССРУ 265992, кл, Н 03 К 17/60, 1985.Авторское свидетельство СССРУ 1336223, кл, Н 03 К 17/60, 1985.(57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовандля управления по программе подключеиия питания к биполярным полупостоянным запоминающим устройствам, Цельизобретения - повышение надежноститранзисторного ключа - достигается путем защиты его от медленно нарастающих токов перегрузки и повышение достоверности контроля функционирования, Транзисторный ключ содержиттранзисторы 1 и 2, резисторы 3 - 13,инверторы 14 и 20, элементы И-НЕ 15 -17, элемент 18 задержки, диодный оптрон 19, индикатор 21, третий транзистор 22, шину 23 питания, нагрузку 24,общую шину 25, входную шину 26. Высокая температурная стабильность порога включения транзистора 22 позволяет обеспечить прецизионный контрольостаточного напряжения на транзисторе 1 и, следовательно, высокую точность контроля напряжения на нагруке 24 в широком диапазоне температИзобретение относится к импульФсной технике и может быть использовано для управляемого по программе подключения питания к биполярным полупостоянным запоминающим устройствам (ППЗУ).Целью изобретения является повышение надежности транзисторного ключа путем защиты его от медленно нараста ющих токов перегрузки и повышение достоверности контроля функционирования.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема транзисторного ключа.Транзисторный ключ содержит первый 1 и второй 2 транзисторы, одиннадцать резисторов 3-13, первый инвертор 14, первый 15, второй 16 и третий 17 эле менты И-НЕ, элемент 18 задержки, диодный оптрон 19, второй инвертор 20, индикатор 21, третий транзистор 22. Эмиттер первого транзистора 1 подключен к шине 23 питания и первому выво ду первого резистора 3, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора 1, коллектор которого через нагрузку 24 подключен к общей шине 25, коллектор второго транзистора 3 О 2 соединен с первым выводом второго резистора 4, а база подключена к первому выводу третьего резистора 5 и через четвертый резистор 6 - к шине 23 питания, второй вывод третьего ре 35 зистора 5 соединен с выходом первого элемента И-НЕ 15, первый вход которого подключен к входной шине 26, входу элемента 16 задержки, первому входу второго элемента И-НЕ .16 и вто 40 рому входу третьего элемента И-НЕ 17, выход второго элемента И-НЕ 16 через пятый резистор 7 соединен с базой первого транзистора 1, эмиттер второго транзистора 2 подключен к шине 23 питания, второй вход первого элемента И-НЕ 15 соединен с выходом первого инвертора 14, вход которого подключен к первому выводу шестого резистора 8 и через седьмой резистор 9 - к. общей шине 25, второй вход второго элемента И-НЕ 16 соединен с коллектором первого транзистора 1 и вторыми. выводами второго 4 и шестого 8 резисторов, выход элемента 18 задержки подключен к первому входу третьего элемента И-НЕ 17, эмиттер третьего транзистора 22 подключен к шине 23 питания и первому выводу восьмого резистора 1 О, второй вывод которого соединен с базой третьего транзистора 22 и первым выводом фотодиода диодного оптрона 19, второй вывод которого подключен к коллектору первого транзистора 1, первый вывод девятого резистора 11 соединен с общей шиной 25, а второй подключен к коллектору третьего транзистора 22 и входу второго инвертора 20, выход которого соединен с первым выводом индикатора 21 и третьими входами первого 15 и второго 16 элементов И-НЕ, десятый резистор 12 и светодиод диодного оптрона 19 соединены последовательно и включены между шиной 25 питания и выходом третьего элемента И-НЕ 17, второй вывод индикатора 21 через одиннадцатый резистор 13 соединен с шиной 23 питания.Транзисторный ключ работает следующим образомВ исходном состоянии на входную шину 26 подается низкий уровень напряжения "0", который поступает на первые входы элементов И-НЕ 15 и 16, на выходах которьпь устанавливаются высокий уровень напряжения. При этом транзисторы 1 и 2 закрыты и, следовательно, нагрузка 24 отключена от шины 23 питания, При отсутствии напряжения на нагрузке 24 на втором входе элемента И-НЕ 16 и входе первого инвертора 14 устанавливается уровень "О", а на выходе инвертора 14 - уровень "1", который поступает на второй вход элемента И-НЕ 15. Кроме того, в исходном состоянии "0" с входной шины 26 поступает на второй вход элемента И-НЕ 17, а через элемент 18 задержки "0" подается на первый вход элемента И-НЕ 17, на выходе которого устанавливается высокий уровень напряжения. При этом ток через светодиод оптрона 19 не протекает, а, следовательно, отсутствует ток и в цепи фотодиода оптрона 19, в результате чего транзистор 22 закрыт, на входе инвертора 20 установлен уровень "0", а на выходе инвертора 20 - уровень "1", Это исключает протекание тока через светодиод индикатора 21 (индикатор выключен) и обеспечивает уровень "1" на третьих входах элементов И-НЕ 15 и 16.При поступлении на входную шину 26 высокого уровня напряжения "1" на всех трех входах элемента И-НЕ 15 одвень "1". При этом на выходе инвертора 20 установится низкий уровень на" пряжения, который приведет к включению индикатора 21 и к блокированию5 элементов И-НЕ 15 и 16 по третьим входам. На выходах элементов И-НЕ 15 и16 установятся высокие уровни напряжения, в результате чего транзисторы1 и 2 выключатся и полностью отключает нагрузку 24 от шины 23 питания. Напряжение на транзисторе 1 достигнет значения напряжения на шине 23 и будет продолжать поддерживать открытое состояние транзистора 22, а следовательно, и включенное состояние индикатора 21, свидетельствующее об аварийной ситуации (или о нарушении нормального функционирования) транзис" торного ключа. 20Поступление на входную шину 26 низкого уровня напряжения приводит к тому, что на втором входе элемента И-НЕ 17 сразу же устанавливается "0", а на выходе элемента И-НЕ 17 - 25 сразу же высокий уровень напряжения (вне зависимости от сигнала на его первом входе), ток через светодиод, а. соответственно и фотодиод оптрона 19 прекращается, транзистор 22 выклю чается. На выходе инвертора 20 устанавливается высокий уровень напряжения, что выключает индикатор 21 и снимает блокировку с третьих входов элементов И-НЕ 15 и 16. Однако это не изменяет состояния 1 транзисторов 1 и 2, так как на первых входах элементов И-НЕ 15 и 16 присутствуют уровни ц 01При поступлении на Входную шину 40 26 высокого уровня напряжения на всех трех входах элемента И-НЕ 15 одновременна оказываются уровни ,в результате на выходе элемента И-НЕ 15 устанавливается низкий уровень напряжения, который приводит к включению транзистора 2. Если к этому времени аварийное состояние нагрузки 24 не устранено, то несмотря на включенное состояние транзистора 2 роста напряжения на нагрузке 24 не проис 50 ходит (или происходит недостаточный рост напряжения), поэтому в этом случае на втором входе элемента И-НЕ 16 никогда не может появиться уровень "1", что, в свою очередь исключает воэможность включения транзистора 1. Транзистор 2 будет оставаться во включенном состоянии до тех пор, пока через время задержки элемента 18 задержки на обоих входах элемента И-НЕ 17 не появятся одновременно уровни "1". В результате на выходе элемента И-НЕ 17 установится низкий уровень напряжения, приводящий к появлению тока в цепы светодиода оптрона 19, включится транзистор 32 (так как транзистор 1 закрыт), на выходе инвертора 20 установится низкий уровень напряжения, который включит индикатор 21 и заблокирует элемент И-НЕ 15 по третьему входу, что приведет к выключению транзистора 2. Схема будет работать таким образом до тех пор, пока не будет устранено аварийное состояние нагрузки 24, после чего транзисторный ключ восстановит свою работу и будет обеспечивать подключение нагрузки 24 к шине 23 питания каждый раз, когда на входной шине 26 будет присутствовать высокий уровень напряжения.Таким образом, в предложенномтранзисторном ключе в отличие от про" тотипа обеспечивается высоко эффективная защита от перегрузки по мощности элементов ключа при любой скорости изменения (нарастания) тока .перегрузки, Кроме того, транзисторныйключ переходит в отключенное состояние и в том случае, когда один изважнейших параметров транзисторногоключа (остаточное напряжение на включенном транзисторе 1) выходит запределы допуска, обеспечивающего номинальное напряжение на нагрузке 24,При этом включается сигнализация,свидетельствующая о нарушении нормального функционирования транзисторного ключа, что повышает достоверность контроля функционирования и упрощает процесс контроля,Следует отметить, что порог включения транзистора 22 (в зависимости от остаточного напряжения на транзисторе 1) имеет высокую температурную стабильность. Это обусловлено тем, что температурные коэффициенты напряжения отсечки базового тока транзистора 22 Я птс ) и вентильного напряжения фотоэдс на фотодиоде оптрона 19 имеют равные абсолютные значения и разные знаки, что в соответствии с укаэаннымнеравенством обеспечивает, их взаимную компенсацию. Высокая тем 1378040новременно оказываются уровни "1", в результате чего на выходе элемента И-НЕ 15 устанавливается низкий уровень напряжения, а состояние элемента И-НЕ 16 не изменяется, так как на его5 втором входе сохраняется уровень 0", поступающий с нагрузки 24. Появление на выходе элемента И-НЕ 15 низкого уровня напряжения приводит к включению транзистора 2, и через резистор 4 осуществляется предварительный заряд эквивалентной емкости нагрузки 24.По мере роста напряжения на нагрузке 24 устанавливается и уровень напряжения на втором входе элемента И-НЕ 16. Когда напряжение на втором входе элемента И-НЕ 16 достигнет уровня напряжения, равного напряжению "1", на всех трех входах элемента 2 О И-.НЕ 16 одновременно окажутся уровни "1", в результате на выходе элемента И-НЕ 16 появится низкий уровень напряжения, который открывает транзистор 1, обеспечивающий дозаряд емкости на грузки 24 и дальнейший рост напряжения на ней.После включения транзистора 1 нап.ряжение в средней точке делителя напряжения, образованного резисторами 8 и 9, достигает такой величины, при которой на вход инвертора 14 начинает поступать уровень "1", а с выхода инвертора 14 на второй вход элемента И-НЕ 15 - уровень "О", в результате на выходе элемента И-НЕ 15 появляется35 высокий уровень напряжения, который выключает транзистор 2. При этом состояние транзистора 1 не изменяется, он остается включенным и обеспечивает 40 подключение нагрузки 24 к шине 23 питания на все время, в течение которого на входной шине 26 присутст- . вует высокий уровень напряжения.Появившийся на входной шине 26 вы сокий уровень напряжения сразу поступает на второй вход элемента И-НЕ 17, а через время задержки элемента 18 задержки высокий уровень поступает на первый вход элемента И-НЕ 17, после чего на выходе элемента И-НЕ 17 уста". навливается низкий уровень напряжения, в результате через последовательно включенные резистор 12 и све" тодиод оптрона 19 начинает протекать ток. Время задержки элемента задержки55 18 выбирается таким чтобы оно превышало время заряда эквивалентной емкости нагрузки 24 и время включения транзистора 1, поэтому к моменту появления тока в цепи светодиода оптрона 19 напряжение между коллектором иэмиттером транзистора 1 становитсяминимальным (к этому времени транзистор 1 включен и насыщен),Если выполняется условие Б ,1 ф,у П с для Уотс , напря жение отсечки базового тока (входное пороговое напряжение) транзистора 22,У- напряжение фотоэдс на фото- диоде оптрона 19, работающего в вентильном режиме, Б- напряжение насыщения между коллектором и эмиттером транзистора 1, то включенное и насыщенное состояние транзистора исключает протекание тока в цепи фотодиода оптрона 19, а следовательно, и в базовой цепи транзистора 22, в результате чего транзистор 22 выключен, ток в его,коллекторной цепи отсутствует и на входе инвертора 20 присутствует уровень "О.". При этом на выходе инвертора 20 сохраняется высокий уровень напряжения, обеспечивающий выключенное состояние индикатора 21 и исключающий блокированиеэлементов И-НЕ 15 и 16 по третьим входам.Выполнение указанного неравенства обеспечивается выбором соответствующего номинала резистора 12, так как при изменении номинала резистора 12изменяется ток через светодиод оптрона 19, а следовательно, и вентильнаяфотоэдс на фотодиоде оптрона 19, поэтому с помощью резистора 12 можнорегулировать порог включения транзистора 22 (в зависимости от напряжения насмщения между коллектором и эмиттером транзистора 1).При возникновении аварийной ситуации например, при коротком замыкании в нагрузке 24, при резко или медленно нарастающем токе перегрузки, при уменьшении коэффициента перегрузки транзистора 1 в результате катастрофического старения) начинается ростостаточного напряжения между коллектором и эмиттером включенного транзистора 1. Как только возрастающее остаточное напряжение на транзисторе 1 приведет к нарушению указанного условия, в цепи фотодиода оптрона 19, а следовательно, и в базовой цепитранзистора 22 появится ток, в резуль"тате чего транзистор 22 включится и установит на входе инвертора 20 уроЗаказ 890/55 Тираж 928 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 пературная стабильность порога включения транзистора 22 позволяет обеспечить прецизионный контроль остаточного напряжения на транзисторе 1, аследовательно, позволяет обеспечитьвысокую точность контроля напряженияна нагрузке 24 в широком температурном диапазоне. 10 Формула изобретенияТранзисторный ключ, содержащий три транзистора, десять резисторов, два инвертора, три элемента И-НЕ, элемент задержки, причем эмиттер первого транзистора подключен к шине источника питания и первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, коллектор которого через нагрузку подключен к общей шине, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, а база подключена к первому выводу третьего резистора и через четвертый резистор к шине источника питания, второй вывод третьего резистора соединен с выходом первого элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к входной шине, входу элемента задержки и первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого через пятый резистор соединен с базой первого транзистора, эмиттер второго транзистора подключен к шине источника питания, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с выщ ходом первого инвертора, вход которого подключен к первому выводу шестого резистора и через седьмой резистор -к общей шине, второй вход второгоэлемента И-НЕ соединен с коллекторомпервого транзистора и вторыми выводами второго и шестого резисторов, выход элемента задержки подключен кпервому входу третьего элемента И-НЕ,эмиттер третьего транзистора подклю"чен к шине источника питания и первому выводу восьмого резистора, второйвывод которого соединен с базойтретьего транзистора, коллектор которого подключен к первому выводу девятого резистора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности путем защиты от медленно нарастающих токов перегрузки,введены одиннадцатый резистор, индикатор, диодный оптрон, первый выводФотодиода которого подключен к базетретьего транзистора, а второй вывод фотодиода - к коллектору первоготранзистора, вход второго инвертораподключен к коллектору третьего транзистора, а выход соединен с первымвыводом индикатора и третьими входами первого и второго элементов И-НЕ,при этом второй вывод индикатора через одиннадцатый резистор соединен сшиной источника питания, десятый резистор и светодиод диодного оптронасоединены последовательно и включенымежду шиной источника питания и выходом третьего элемента И-НЕ, второйвход которого соединен с входной шиной, а второй вывод девятого резистора подключен к общей шине.