RU2020741C1

RU2020741C1 - Contactless position switch

Info

Publication number: RU2020741C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Омельченко; С.Г. Арнаут; Г.Б. Михайлов; В.В. Путников; Е.А. Петров; В.Б. Уваров
Original assignee: ОМЕЛЬЧЕНКО Вадим Васильевич; Арнаут Сергей Григорьевич; Путников Виктор Владимирович; Михайлов Глеб Борисович; Петров Евгений Александрович; Уваров Владимир Борисович; Военная инженерно-космическая академия им.Можайского
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: pulse technique. SUBSTANCE: device has transistors 1-3, diodes 4-7, current transformer 8 with windings 11-13, control member 9, load 10. EFFECT: improved design. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к бесконтактным переключающим устройствам с использованием магнитно-транзисторных ключей. The invention relates to a pulse technique, in particular to contactless switching devices using magnetic transistor switches.

Известен бесконтактный путевой переключатель, содержащий силовой транзистор с нагрузкой в цепи коллектора, магнитно-транзисторный автогенератор на двух транзисторах и токовом трансформаторе, транзисторный ключ и диоды, катодами соединенные с базами соответствующих транзисторов автогенератора, а анодами - с коллекторами транзисторного ключа, база которого подключена к управляющей шине [1]. Недостатком этого устройства является сравнительно низкая скорость переключения из-за вялости процесса развития релаксационных колебаний (единицы микросекунд) автогенератора после подачи команды на запирание транзисторного ключа. Known proximity switch containing a power transistor with a load in the collector circuit, a magnetic transistor oscillator based on two transistors and a current transformer, a transistor switch and diodes, cathodes connected to the bases of the respective transistors of the generator, and the anodes to the collectors of the transistor switch, the base of which is connected to control bus [1]. The disadvantage of this device is the relatively low switching speed due to the sluggishness of the process of development of relaxation oscillations (in units of microseconds) of the oscillator after giving a command to lock the transistor key.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является бесконтактный путевой переключатель, содержащий силовой транзистор с нагрузкой в цепи коллектора, магнитно-транзисторный автогенератор на двух транзисторах и токовом трансформаторе с секционированными обмотками в цепях баз и коллекторов, два дополнительных транзистора, коллекторы которых соединены с базой силового транзистора, а база каждого из них соединена с эмиттером другого дополнительного транзистора и коллектором транзистора автогенератора, и элемент управления в виде постоянного магнита [2]. The closest to the invention in terms of technical essence and the problem to be solved is a proximity switch containing a power transistor with a load in the collector circuit, a magnetic transistor oscillator with two transistors and a current transformer with sectioned windings in the base and collector circuits, two additional transistors whose collectors are connected with the base of the power transistor, and the base of each of them is connected to the emitter of another additional transistor and the collector of the transistor of the oscillator, and lement control a permanent magnet [2].

Недостатком указанного переключателя является сравнительно низкая надежность из-за высокого значения рабочего напряжения, действующего между коллектор-эмиттерным переходом дополнительных транзисторов, управляющих током базы силового транзистора. The disadvantage of this switch is the relatively low reliability due to the high value of the operating voltage acting between the collector-emitter junction of additional transistors that control the base current of the power transistor.

Целью изобретения является повышение надежности переключателя, а также повышение быстродействия при управлении им с помощью электрических сигналов. The aim of the invention is to increase the reliability of the switch, as well as improving performance when controlling it with electrical signals.

Это достигается тем, что в бесконтактный путевой переключатель, содержащий силовой транзистор с нагрузкой в цепи коллектора, магнитно-транзисторный автогенератор на двух транзисторах и токовом трансформаторе с секционированными обмотками в цепях коллекторов, и элемент управления в виде постоянного магнита, введены две дополнительные секции обмотки в цепи баз транзисторов автогенератора, соединенные по отдельности последовательно согласно с основной обмоткой, и два дополнительных диода, дополнительные секции одними разноименными концами соединены с базами транзисторов автогенератора, а другими через дополнительные диоды, включенные в проводящем направлении, - с базой силового транзистора. This is achieved by the fact that in the proximity switch containing a power transistor with a load in the collector circuit, a magnetic transistor oscillator with two transistors and a current transformer with sectioned windings in the collector chains, and a control element in the form of a permanent magnet, two additional sections of the winding are introduced into the base circuits of the transistors of the oscillator, individually connected in series according to the main winding, and two additional diodes, additional sections with the same opposite They are connected to the bases of transistors of the oscillator, and others through additional diodes included in the conducting direction, to the base of the power transistor.

Для повышения быстродействия при управлении переключателем с помощью электрических сигналов в устройство дополнительно введены два дополнительных транзистора, три дополнительных резистора, дополнительный переключатель и источник управляющего сигнала, базы транзисторов автогенератора подключены соответственно к коллекторам двух дополнительных транзисторов, эмиттеры которых соединены с эмиттерами транзисторов автогенератора, а их базы через два дополнительных резистора и нормально замкнутые контакты дополнительного переключателя соединены с положительным зажимом источника управляющего сигнала, нормально разомкнутые контакты дополнительного переключателя соединены через третий дополнительный резистор с базой одного из транзисторов автогенератора, отрицательный зажим источника управляющего сигнала соединен с эмиттерами транзисторов автогенератора. To increase the speed when controlling the switch using electric signals, two additional transistors, three additional resistors, an additional switch and a control signal source are added to the device, the base of the transistors of the oscillator are connected respectively to the collectors of two additional transistors, the emitters of which are connected to the emitters of the transistors of the oscillator, and their base through two additional resistors and normally closed contacts of the additional switch For are connected to the positive terminal of the source of the control signal, the normally open contacts of the auxiliary switch are connected through the third additional resistor to the base of one of the transistors of the oscillator, the negative terminal of the source of the control signal is connected to the emitters of the transistors of the oscillator.

Выполнение обмотки в цепи без транзисторов автогенератора с двумя дополнительными секциями, подключение баз транзисторов автогенератора к коллекторам двух дополнительных транзисторов и указанное соединение этих элементов с элементами бесконтактного путевого переключателя, обеспечивает повышение надежности и быстродействия. Performing a winding in a circuit without transistors of the oscillator with two additional sections, connecting the bases of the transistors of the oscillator to the collectors of two additional transistors and the specified connection of these elements with the elements of the proximity switch, provides increased reliability and speed.

На фиг.1 изображена электрическая схема бесконтактного путевого переключателя, управляемого с помощью постоянного магнита; на фиг.2 - электрическая схема переключателя, управляемого с помощью постоянного магнита и электрических сигналов. Figure 1 shows an electrical diagram of a proximity switch controlled by a permanent magnet; figure 2 is an electrical diagram of a switch controlled by a permanent magnet and electrical signals.

Устройство содержит транзисторы 1...3,14,15 диоды 4...7, трансформатор 8 тока с основной базовой обмоткой 12 и дополнительными секциями 11 и 13, нагрузку 10, элемент 9 управления, дополнительные резисторы 16...18, источник 19 управляющего сигнала и дополнительный переключатель 20, функции которого может выполнять триггер или другое устройство, аналогичное по назначению. The device contains transistors 1 ... 3,14,15 diodes 4 ... 7, a current transformer 8 with a main base winding 12 and additional sections 11 and 13, a load 10, a control element 9, additional resistors 16 ... 18, a source 19 control signal and an additional switch 20, the functions of which can be performed by a trigger or other device similar in purpose.

Переключатель, управляемый с помощью постоянного магнита, работает следующим образом. The switch controlled by a permanent magnet operates as follows.

Если элемент 9 управления (магнит) удален от сердечника трансформатора 8, то при подаче напряжения питания на зажимы "+" и "-" автогенератора возбуждается, что приводит к поочередному насыщению в противофазе транзисторов 2 и 3 и возникновению прямоугольных напряжения на обмотках трансформатора 8. Пусть в один полупериод работы автогенератора на обмотках существует напряжение полярности, указанной без скобок (см.фиг.1). Напряжением секции 13 открывается и насыщается транзистор 1 по цепи: "+" секции 13, диод 4, база-эмиттерный переход транзистора 1, диод 7, "-" секции 13. В другой полупериод работы автогенератора (полярность напряжения на обмотках указана в скобках) транзистор 1 открывается и насыщается аналогично предыдущему случаю напряжением секции 11 через диод 5 и 6. По нагрузке 10 потечет ток. Так как токи в база-эмиттерных переходах транзисторов 2 и 3 за счет магнитной связи между обмотками трансформатора 8 изменяются пропорционально токам нагрузки, то базовый ток силового транзистора 1 также будет изменяться пропорционально току нагрузки. При этом повышается надежность устройства за счет отсутствия в его схеме дополнительных транзисторов, к коллектор-эмиттерным переходам которых прикладывается высокое значение рабочего напряжения [2] . Здесь функции дополнительных транзисторов выполняют дополнительные секции обмотки в цепи без транзисторов автогенератора. If the control element 9 (magnet) is removed from the core of the transformer 8, then when the supply voltage is supplied to the terminals "+" and "-" of the oscillator, it is excited, which leads to alternating saturation in antiphase of transistors 2 and 3 and the appearance of rectangular voltage on the windings of the transformer 8. Suppose that in one half-cycle of the oscillator operation on the windings there is a voltage of polarity indicated without brackets (see figure 1). The voltage of section 13 opens and saturates the transistor 1 along the circuit: “+” of section 13, diode 4, base-emitter junction of transistor 1, diode 7, “-” of section 13. In another half-cycle of the oscillator (voltage polarity on the windings is indicated in brackets) transistor 1 opens and is saturated similarly to the previous case by the voltage of section 11 through diode 5 and 6. A current will flow through load 10. Since the currents in the base-emitter junctions of the transistors 2 and 3 due to the magnetic coupling between the windings of the transformer 8 change in proportion to the load currents, the base current of the power transistor 1 will also change in proportion to the load current. This increases the reliability of the device due to the absence in its circuit of additional transistors, to the collector-emitter junctions of which a high value of the operating voltage is applied [2]. Here, the functions of the additional transistors are performed by additional sections of the winding in the circuit without transistors of the oscillator.

Если элемент 9 управления (магнит) приблизить к трансформатору 8, то сердечник последнего насыщается и происходит лавинообразный срыв колебаний автогенератора. Напряжение на его обмотках при этом уменьшается до нуля и транзисторы 1. ..3 устройства закрываются. Ток в нагрузке 8 уменьшается до нуля. If the control element 9 (magnet) is brought closer to the transformer 8, then the core of the latter is saturated and an avalanche-like breakdown of the oscillator oscillations occurs. The voltage on its windings decreases to zero and transistors 1. ..3 devices are closed. The current in load 8 is reduced to zero.

Пеpеключатель, управляемый с помощью постоянного магнита и электрическим сигналов, работает следующим образом. The switch controlled by a permanent magnet and electrical signals, operates as follows.

Если элемент 9 управления (магнит) удален от сердечника трансформатора 8, то в исходном состоянии, показанном на фиг.2, сигналом положительной полярности от источника 19 управляющего сигнала через резисторы 16 и 17 открываются дополнительные транзисторы 14 и 15, шунтируя база-эмиттерные переходы транзисторов 2 и 3 автогенератора, которые, закрываясь, вызывают срыв автоколебаний генератора. Силовой транзистор 1 закрывается и ток в нагрузке уменьшается до нуля. If the control element 9 (magnet) is removed from the core of the transformer 8, then in the initial state shown in Fig. 2, additional transistors 14 and 15 open through the resistor 16 and 17 with a positive polarity signal from the control signal source 19, bypassing the base-emitter junctions of the transistors 2 and 3 of the oscillator, which, when closed, cause a breakdown of the oscillations of the generator. The power transistor 1 is closed and the current in the load decreases to zero.

При переводе дополнительного переключателя 20 в положение, противоположное исходному, сигнал положительной полярности через резистор 18 открывает транзистор 2 автогенератора по цепи: "+" источника 19 управляющего сигнала, нормально разомкнутые контакты переключателя 20, резистор 18, база-эмиттерный переход транзистора 2, "-" источника 19 управляющего сигнала, способствуя принудительному быстрому (доли микросекунды) возбуждению автоколебаний. Последнее позволяет использовать предложенный бесконтактный путевой переключатель в мощных высокочастотных импульсных регуляторах напряжения. При этом мощность управления таким переключателем становится ничтожно малой по сравнению с известными устройствами. When translating the additional switch 20 to the opposite position to the original one, the signal of positive polarity through the resistor 18 opens the transistor 2 of the oscillator through the circuit: "+" of the source 19 of the control signal, normally open contacts of the switch 20, resistor 18, base-emitter junction of the transistor 2, "- "source 19 of the control signal, contributing to the forced rapid (fraction of a microsecond) excitation of self-oscillations. The latter allows you to use the proposed proximity switch in high-power high-frequency switching voltage regulators. At the same time, the control power of such a switch becomes negligible compared to known devices.

Если элемент 9 управления (магнит) приблизить к трансформатору 8, то сердечник последнего насыщается и происходит лавинообразный срыв колебаний автогенератора при любых положениях дополнительного переключателя 20. If the control element 9 (magnet) is brought closer to the transformer 8, then the core of the latter is saturated and an avalanche-like breakdown of the oscillator oscillations occurs at any positions of the additional switch 20.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность бесконтактного путевого переключателя за счет облегчения его электрических сигналов, обеспечить быстродействие при управлении им с помощью электрических сигналов. Это расширяет функциональные возможности устройства при использовании, например, в широтно-импульсных стабилизаторах и регуляторах напряжения устройств автоматики. Thus, the invention improves the operational reliability of the proximity switch due to the facilitation of its electrical signals, to ensure speed when controlling it with electrical signals. This extends the functionality of the device when used, for example, in pulse-width stabilizers and voltage regulators of automation devices.

Claims

1. NON-CONTACT WAY SWITCH containing a power transistor with a load in the collector circuit, a magnetic transistor oscillator with two transistors and a current transformer with sectioned windings in the collector chains, and a control element in the form of a permanent magnet, characterized in that two additional sections of the winding are introduced into the base chains of the transistors of the oscillator, individually connected in series according to the main winding, and two additional diodes, additional sections with the same opposite ends E connected to the bases of oscillator transistors, and other via additional diodes connected in the conductive direction - from the base of the power transistor.

2. The switch according to claim 1, characterized in that two additional transistors, three resistors, a switch and a control signal source are introduced, the base of the transistors of the oscillator are connected respectively to the collectors of two additional transistors, the emitters of which are connected to the emitters of the transistors of the oscillator, and their bases are two the resistor and the NC contact of the switch are connected to the positive pole of the source of the control signal, the NC of the switch is connected through the third additional resistor with the base of one of the transistors of the oscillator, the negative pole of the source of the control signal is connected to the emitters of the transistors of the oscillator.