CS204583B1 - Zapojení vybíjecího obvodu pro zkrácení doby vybíjení kondenzátoru po odpojení zdroje napětí - Google Patents

Abstract

Zapojení vybíjecího obvodu pro zkrácení doby vybíjení kondenzátoru po odpojení zdroje napětí. Vynález je z oboru slaboproudé elektroniky. Vynález se týká zapojení vybíjecího obvodu pro zkrácení doby vybíjení kondenzátoru po odpojení zdroje napětí, případně pro zkratování dvou uzlů elektrického obvodu, které jsou napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu, po odpojení zdroje napětí. Podstata spočívá v tom, že paralelně k uzlům vnějšího obvodu, které jsou po odpojení zdroje napětí napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu, je připojen kolektor a emitor prvního tranzistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, přičemž ke kolektoru tohoto tranzistoru je přes diodu v propustném směru připojen emitor druhého tranzistoru komplementární spínací. StřUktury s charakteristikou řízené otyřvrstvé diody a současně i jeden pol pomocného kondenzátoru, jehož druhý pól je připojen k emitoru prvního tranzistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, jak je patrno z obr. 1, 2 a 3.

Description

Vynález je z oboru slaboproudé elektroniky. Vynález se týká zapojení vybíjecího obvodu pro zkrácení doby vybíjení kondenzátoru po odpojení zdroje napětí, případně pro zkratování dvou uzlů elektrického obvodu, které jsou napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu, po odpojení zdroje napětí.

Podstata spočívá v tom, že paralelně k uzlům vnějšího obvodu, které jsou po odpojení zdroje napětí napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu, je připojen kolektor a emitor prvního tranzistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, přičemž ke kolektoru tohoto tranzistoru je přes diodu v propustném směru připojen emitor druhého tranzistoru komplementární spínací. StřUktury s charakteristikou řízené otyřvrstvé diody a současně i jeden pol pomocného kondenzátoru, jehož druhý pól je připojen k emitoru prvního tranzistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, jak je patrno z obr. 1, 2 a 3.

204 583

Vynález se týká zapojení vybíjecího obvodu pro zkrácení doby vybíjení kondenzátoru po odpojení zdroje napětí, případně pro zkratování dvou uzlů elektrického obvodu, které jsou napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu, po odpojení zdroje napětí.

Dosud známá zapojení řeší vybíjení kondenzátoru po odpojení zdroje napětí, pokud toto vybíjení je žádoucí pro správnou funkci zařízení, bu5 odporem připojeným paralelně přímo ke kondenzátoru, nebo odporem připojeným paralelně ke svorkám obvodu od kterých je zdroj napětí odpojován, s vyřazením ostatních odporů v původně nabíjecí cestě zpětnou diodou, případně paralelním spínacím prvkem, jehož sepnutí je odvozeno od okamžiku odpojení zdroje napětí. Připojení odporu paralelně ke kondenzátoru má nevýhodu v tom, že paralelní odpor snižuje velikost napětí na kondenzátoru v ustáleném stavu i velikost časové konstanty obvodu v době nabíjení, takže jeho hodnotu a tedy hodnotu vybíjecí časové konstanty obvodu není možné libovolně zmenšovat. Připojení odporu paralelně ke svorkám obvodu, od kterých je zdroj napětí odpoj ován,sice neovlivňuje oasovou konstantu v době nabíjení, avšak připojený odpor zatěžuje zdroj napětí v době nabíjení, takže jeho hodnotu rovněž není možné volit libovolně malou. Paralelní připojení spínacího prvku umožňuje sice nejrychlejší vybití kondenzátoru, avšak odvození sepnutí od okamžiku odpojení zdroje napětí vede obvykle ke značné složitosti zapojení.

Uvedené nevýhody jsou na minimum sníženy zapojením vybíjecího obvodu podle vynálezu, s diodou, pomocným kondenzátorem a komplementární spínací strukturou s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, realizovanou buž přímo polovodičovým· prvkem známým pod názvem řízená čtyřvrstvá dioda nebo známou kombinací komplementárních tranzistorů, kterými je řízená čtyřvrstvé dioda v náhradním schématu i ve skutečnosti často nahrazována, jehož podstata spočívá v tom, že paralelně k uzlům vnějšího obvodu, které jsou po odpojení zdroje napětí napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu, je připojen kolektor a emitor prvního tranzistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, přičemž ke kolektoru tohoto tranzistoru je přes diodu v propustném směru připojen emitor druhého tranzistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody a současně i jeden pól pomocného kondenzátoru, jehož druhý pól je připojen k emitoru prvního tranzistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody.

Výhodou zapojení je, že vytváří velmi rychlou vybíjecí cestu pro kondenzátory vnějšího obvodu, stejně jako obvyklé spínací prvky, přitom však nevyžaduje žádné zvláštní řídicí obvody pro určení okamžiku sepnutí. Sepnutí vybíjecího obvodu podle vynálezu, při kterém dojde ke zkratování zvolených uzlů vnějšího obvodu napájených klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu po odpojení zdroje napětí, je odvozeno od poklesu napětí mezi těmito uzly o hodnotu otevíracího napětí přechodu báze - emitor druhého tran2

204 S83 zistoru komplementární spínací struktury s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, oož je hodnota relativně malá, například 0,65 V u křemíkových tranzistorů. Sepnutí trvá prakticky až do úplného vybití kondenzátorů vnějšího obvodu a kondenzátořu pomocného, případně jen do okamžiku opětného připojení zdroje napětí. Další výhodou je, že v normálním provozním ustáleném stavu zapojení vybíjecího obvodu podle vynálezu neodebírá žádnou energii. Výhodná je i skutečnost, že vybíjecí obvod podle vynálezu nevyžaduje ke své činnosti žádné zvláštní napájecí napětí, takže jej lze použít i v případě, kdy jsou přístupny pouze uzly vybíjecí cesty vnějšího obvodu.

Ra přiloženém výkresu je schématicky znázorněno příkladné provedení zapojení vybíjecího obvodu podle vynálezu. Obr. č. 1 uvádí základní zapojení, podstatné pro obeoné použití, Obr. č. 2 a 3 uvádí dva příklady konkrétního využití zapojení vybíjecího obvodu podle vynálezu. Zapojení podle obr. 1, kde kondenzátor ,1, odpor 2. odpor 8 a zdroj napětí % jsou součástí příkladného jednoduchého vnějšího obvodu a první ochranný odpor 2» druhý ochranný odpor 6, dioda 2» kondenzátor J- a komplementární spínací struktura 2 s charakteristikou řízené čtyřvrstvé diody, sestavená ze dvou komplementárních tranzistorů 21 a 22. jsou součástí vybíjecího obvodu podle vynálezu, pracuje takto.

Po připojení zdroje napětí 2 ^se nabíjí kromě kondenzátořu 2 i pomocný kondenzátor 4 přes diodu 2 polovanou v propustném směru. Úbytek napětí na diodě 2 působí v závěrném směru na přechod báze - emitor druhého tranzistoru 22 komplementární spínací struktury 2, která je uzavřená a při nabíjení se neuplatňuje, protože v důsledku uzavření druhého tranzistoru 22 komplementární spínací struktury 2, je uzavřen i její první tranzistor 21.

V přibližně ustáleném stavu je kondenzátor 1 nabit na napětí určené zdrojem napětí 2 a odporovým děličem tvořeným odpory 2, 8. Přibližně na totéž napětí je nabit i pomocný kondenzátor Komplementární spínací struktura 2 se stále neuplatňuje, poněvadž na přechodu báze - emitor druhého tranzistoru 22 komplementární spínací struktury 2, je nulové napětí. Po odpojení zdroje napětí 2 se začne kondenzátor ! vybíjet přes odpor 2· Pomocný kondenzátor £ zůstává nabit na téměř původní napětí, poněvadž dioda 2 je nyní polarizována v závěrném směru a zbytkový proud komplementární spínací struktury 2 v nevodivém stavu je malý. V okamžiku, kdy napětí na kondenzátořu 1 poklesne o hodnotu otevíracího napětí přechodu báze - emitor druhého tranzistoru 22 komplementární spínací struktury 2, dojde' k jejímu lavinovitému otevření a rychlému vybití obou kondenzátorů 1 a 4. Rychlost vybíjení je prakticky omezena pouze ochrannými odpory 2 ^a Ž,» Které mohou být velmi malé, řádově desítky ohmů. Pomocný kondenzátor 4. Přitom plní úlohu pomocného zdroje, který udržuje komplementární spínací strukturu 2 v sepnutém stavu až do úplného vybití obou kondenzátorů la^. Pro správnou činnost obvodu je důležité, aby časová konstata vybíjení pomocného kondenzátorů £, určená převážně pouze velikostí pomocného kondenzátorů 4 a velikostí ochranného odporu 6, byla alespoň řádově stejná nebo větší než časová konstanta vybíjení kondenzátorů 1, která je určená převážně pouze velikostí kondenzátorů 1 a ochranného odporu 2· Vybíjecí obvod podle vynálezu pracuje vždy po odpojení zdroje napětí 2>

204 S83 bez ohledu na to, zda nabití kondenzátorů 1 a pomocného kondensátoru 4 je úplné či neúplné. Vybíjecí obvod podle vynálezu pracuje i v případě, když nabíjení pomocného kondensátoru 4 probíhá, například vlivem větší hodnoty ochranného odporu 6, podstatně pomaleji než nabíjení kondenzátorů 1. V tom případě po odpojení zdroje napětí 2 dojde opět nejprve k pozvolnému snižování napětí na kondenzátorů 1 v důsledku vybíjení přes odpor 2 a v důsledku vybíjení do pomocného kondenzátorů přes diodu 2» ®^a pomocném kondenzátorů £ napětí dále vzrůstá až do okamžiku shody s napětím na kondenzátorů 1, kdy dojde k uzavření diody 2 ^a výše popsanému vybíjecímu procesu. V případě, kdy časová konstanta vybíjení pomocného kondenzátorů 4 J® podstatně menší než časová konstanta vybíjení kondenzátorů 1, dojde po odpojení zdroje napětí 2 ^k přerušovanému vybíjení kondenzátorů 1 přes komplementární spínací strukturu 2. To je způsobeno opakovaným úplným rychlým vybitím pomocného kondenzátorů 4» které vede k rozepnutí komplementární spínací struktury 2 a jeho opětným nabitím přes diodu 2 ^z dosud zcela nevybitého kondenzátorů 1. Tento případ není významný pro praktické použití.

Dva příklady konkrétního využití vynálezu jsou uvedeny na obr. 2 a 3. Na obrázku 2 je zjednodušeně znázorněno dálkové napájení důlní části vícenásobných frekvenčních přenosových systémů používaných v hlubinných dolech. Na zdroj napětí 20® připojen kondenzátor z kterého je přes ochranné odpory 2 rozvedeno napájecí napětí pro jiskrově bezpečné obvody 10, důlní části přenosového systému. V případě odpojení zdroje napětí 2. dojde k velmi pomalému poklesu napětí na kondenzátorů 1. Malá rychlost poklesu napětí je dána značnou velikostí kondenzátorů 1, vysokou hodnotou ochranných odporů 2 ^a malou hodnotou proudu odebíraného jiskrově bezpečnými obvody 10. Delším provozem přenosového systému při podstatně menším napájecím napětí, může být velmi nepříznivě ovlivněna jeho činnost, zejména chybovost, v důsledku napěčové závislosti řady parametrů. Připojením vybíjecího obvodu podle vynálezu paralelně k rozvodu napájecího napětí pro jiskrově bezpečné obvody 10. se dosáhne toho, že po odpojení zdroje napětí 2 dojde již při malém poklesu napětí na kondenzátorů 1, řádově o několik desetin voltu, k úplné, strmé ztrátě napájecího napětí jiskrově bezpečných obvodů 10 a tím k vyřazení přenosového systému z činnosti. Zvláště výhodnou vlastností v tomto případe je, že v ustáleném stavu, v normálním provozu, neodebírá vybíjecí obvod podle vynálezu z rozvodu napájecího napětí pro jiskrově bezpečné obvody 10. žádnou energii. Další příklad konkrétního využití je uveden na obrázku 2· Zde je znázorněn jednoduchý detektor impulsně modulovaného signálu. Tento detektor není použitelný v případě, kdy opakovači kmitočet signálu je blízký nosnému kmitočtu. Časová konstanta obvodu určená velikostí kondenzátorů 1 a odporu 2 a navržená s ohledem na získání hladké modulační obálky, způsobuje zkreslení sestupné hrany impulsu, oož při vyšším opakovacím kmitočtu vede ke špatné funkci detektoru. Tato nevýhodná vlastnost se projevuje zejména při nízkém kmitočtu nosného signálu, kdy potřebná časová konstanta obvodu vychází veliká. Použitím vybíjecího obvodu podle vynálezu, lze tyto obtíže za předpokladu, že úroveň detekovaného signálu je řádu jednotek voltů a vyšší, odstranit. Časovou konstantu obvodu určenou velikostí kondenzátorů 1 a odporu 2 j® možné volit, s ohledem na dosažení hladké

204 $83 modulační obálky, dostatečně vysokou a sestupnou hranu Impulsu tvarovat vybíjecím obvodem podle vynálezu, připojeným paralelně ke kondenzátoru 1 podle obrázku Tím lze dosáhnout současně hladké modulační obálky a správné funkce detektoru i při opakovacím kmitočtu, kte rý je blízký kmitočtu nosnému.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zapojení vybíjecího obvodu pro zkrácení doby vybíjeni kondenzátoru po odpojení zdroje napětí, případně pro zkratování dvou uzlů elektrického obvodu, které jsou po odpojení zdroje napětí napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějěího obvodu, s diodou, pomocným kondenzátorem a komplementární spínací strukturou s charakteristikou řízené čtyřvrštvé diody, realizovanou buá přímo polovodičovým prvkem známým pod názvem řízená čtyřvrstvá dioda nebo známou kombinací komplementárních tranzistorů, kterými je řízená čtyřvrstvá dioda v náhradním schématu i ve skutečnosti často nahrazována, vyznačené tím, že paralelně k uzlům (A, B, C, D) vnějšího obvodu, které jsou po odpojení zdroje napětí (9) napájeny klesajícím napětím vybíjených kondenzátorů vnějšího obvodu, je připojen kolektor a emitor prvního tranzistoru (21) komplementární spínací struktury (2) s charakteristikou řízené čtyřvrstvá diody, přičemž ke kolektoru tohoto tranzistoru (21) je přes diodu (3) v propustném směru připojen emitor druhého tranzistoru (22) komplementární spínací struktury (2) s charakteristikou řízené čtyřvrštvé diody a současně i jeden pól pomooného kondenzátoru (4), jehož druhý pól je připojen k emitoru prvního tranzistoru (21) komplementární spínací struktury (2) s charakteristikou řízené čtyřvrštvé diody,
2. 2. Zapojení podle bodu 1 vyznačené tím, že do série s kolektorem a nebo emitorem prvního tranzistoru (21) je zapojen první ochranný odpor (5) pro omezení maximálního vybíjecího proudu protékajícího komplementární spínací strukturou (2) v sepnutém stavu z vnějšího obvodu.
3. 3. Zapojení podle bodu 1 a 2, vyznačené tím, že do série s pomocným kondenzátorem (4) je zapojen druhý ochranný odpor (6) pro omezení maximálního vybíjecího proudu pomooného kondenzátoru (4),
4. 4. Zapojení podle bodu 1, 2 a 3, vyznačené tím, že do přívodu emitoru druhého tranzistoru (22) je vložen další odpor,, případně Zenerova dioda a nebo dioda v propustném směru, pro posunutí úrovně sepnutí komplementární spínací struktury (2).