RU2035841C1

RU2035841C1 - Transistor key with overload protection

Info

Publication number: RU2035841C1
Application number: RU93001227A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Милюшин
Original assignee: Николай Николаевич Милюшин
Priority date: 1993-01-11
Filing date: 1993-01-11
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: pulse equipment. SUBSTANCE: transistor key has two keys of different types of conductance forming thyristor structure, two controlling transistors, capacitor, two diodes and five resistors. EFFECT: enhanced operational characteristics. 1 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к транзисторным силовым ключам, и может найти применение при реализации различных устройств промышленной автоматики. The invention relates to a pulse technique, in particular to transistor power switches, and may find application in the implementation of various industrial automation devices.

Известно устройство [1] содержащее биполярный транзистор, резистор нагрузки, соединенный одним концом с источником питания, другим с коллектором транзистора, токоограничивающий резистор, соединенный с базой транзистора и источником управляющего сигнала. При подаче управляющего сигнала через токоограничивающий резистор и базовый переход транзистора течет ток, при этом транзистор открывается и через резистор нагрузки от источника питания течет ток. A device [1] containing a bipolar transistor, a load resistor connected at one end to a power source, the other to a transistor collector, a current-limiting resistor connected to the base of the transistor and a control signal source is known. When a control signal is applied, current flows through the current-limiting resistor and the base transition of the transistor, while the transistor opens and current flows through the load resistor from the power source.

Недостатком известного устройства является его низкая надежность при коротком замыкании резистора нагрузки резко увеличивающийся при этом коллекторный ток транзистора выводит его из строя. A disadvantage of the known device is its low reliability with a short circuit of the load resistor, which increases sharply while the collector current of the transistor disables it.

Указанного недостатка лишено известное устройство [2] наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройству. Оно содержит первый и второй транзисторы противоположного типа проводимости, которые образуют тиристорную структуру, управляющий транзистор, первый и второй резисторы, конденсатор и нагрузку. Эмиттер первого транзистора через резистор подключен к шине питания, база и коллектор его соединены с коллектором и базой второго транзистора соответственно, коллектор второго транзистора через нагрузку подключен к шине питания, а эмиттер к общей шине, база третьего транзистора подключена к шине управления, эмиттер к общей шине, коллектор через резистор соединен с шиной питания, а через конденсатор с эмиттером первого транзистора. The specified disadvantage is deprived of the known device [2] closest in technical essence to the proposed device. It contains the first and second transistors of the opposite type of conductivity, which form a thyristor structure, a control transistor, first and second resistors, a capacitor and a load. The emitter of the first transistor is connected to the power bus through the resistor, its base and collector are connected to the collector and the base of the second transistor, respectively, the collector of the second transistor is connected to the power bus through the load, and the emitter to the common bus, the base of the third transistor is connected to the control bus, the emitter to the common bus, the collector is connected through the resistor to the power bus, and through the capacitor to the emitter of the first transistor.

Недостатком известного устройства является то, что в выключенном состоянии при случайном, например во время обслуживания, замыкании коллектора второго транзистора с общей шиной происходит самостоятельное включение устройства. Кроме того, конденсатор при включении устройства разряжается не только через переход эмиттер-база первого транзистора, но и через резистор, соединяющий эмиттер первого транзистора с шиной питания, что уменьшает надежность включения устройства. A disadvantage of the known device is that in the off state when the collector of the second transistor with a common bus is accidentally closed, for example during servicing, the device switches on automatically. In addition, when the device is turned on, the capacitor is discharged not only through the emitter-base transition of the first transistor, but also through a resistor connecting the emitter of the first transistor to the power bus, which reduces the reliability of the device.

Предлагаемое устройство отличается тем, что дополнительно содержит два диода, четвертый транзистор и три резистора, при этом катод первого диода соединен с конденсатором и эмиттером первого транзистора, анод его через первый резистор с шиной питания, анод второго диода соединен с базой первого транзистора и коллектором второго транзистора, катод с шиной питания, четвертый транзистор коллектором соединен с базой второго транзистора, коллектором первого транзистора и с первым выводом резистора, эмиттер этого транзистора и второй вывод резистора соединены с общей шиной, база же четвертого транзистора через резистор соединена с управляющей шиной, с которой соединена также через резистор база третьего транзистора. The proposed device is characterized in that it additionally contains two diodes, a fourth transistor and three resistors, the cathode of the first diode connected to the capacitor and emitter of the first transistor, its anode through the first resistor with a power bus, the anode of the second diode connected to the base of the first transistor and the collector of the second a transistor, a cathode with a power bus, a fourth transistor connected to the base of the second transistor, the collector of the first transistor and the first output of the resistor, the emitter of this transistor and the second output p ican connected to the common bus, the base of the fourth transistor via a resistor connected to the control bus, which is also connected via a resistor the base of the third transistor.

На чертеже представлено предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 транзисторы различного типа проводимости, образующие тиристорную структуру, управляющие транзисторы 3 и 4, первый 5 и второй 6 резисторы, конденсатор 7, первый 8 и второй 9 диоды, токоограничивающие резисторы 10 и 11, резистор 12 утечки. Эмиттер транзистора 1 через диод 8 и резистор 5 соединен с шиной 13 питания, при этом эмиттер подключен к катоду диода 8. База и коллектор транзистора 1 соединены с коллектором и базой, коллектором транзисторов 2 и 4 соответственно. Коллекторы транзистора 1 и 4, а также база транзистора 2 через резистор 12 соединены с общей шиной 14. Диод 9 анодом соединен с базой транзистора 1 и коллектором транзистора 2, катодом с шиной 13 питания. Эмиттеры транзисторов 2-4 соединены с общей шиной 14. База транзисторов 3 и 4 через резисторы 10 и 11 соответственно соединена с шиной 15 управления. Коллектор транзистора 3 через резистор 6 соединен с шиной 13 питания, а через конденсатор 7 с эмиттером транзистора 1. The device contains first 1 and second 2 transistors of various types of conductivity, forming a thyristor structure, control transistors 3 and 4, first 5 and second 6 resistors, capacitor 7, first 8 and second 9 diodes, current limiting resistors 10 and 11, leakage resistor 12. The emitter of transistor 1 through a diode 8 and a resistor 5 is connected to the power bus 13, while the emitter is connected to the cathode of diode 8. The base and collector of transistor 1 are connected to the collector and base, collector of transistors 2 and 4, respectively. The collectors of transistor 1 and 4, as well as the base of transistor 2 are connected through a resistor 12 to a common bus 14. A diode 9 is connected to the base of a transistor 1 and a collector of transistor 2, a cathode with a power bus 13. The emitters of transistors 2-4 are connected to a common bus 14. The base of transistors 3 and 4 through resistors 10 and 11 are respectively connected to the control bus 15. The collector of transistor 3 is connected through a resistor 6 to a power bus 13, and through a capacitor 7 to an emitter of transistor 1.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. The proposed device operates as follows.

Пусть в исходном состоянии на шину 15 управления подан сигнал с уровнем логической "1". Тогда резистор 3 находится в режиме насыщения, и левая обкладка конденсатора 7 соединена через электроды коллектор-эмиттер транзистора 3 с общей шиной 14. Транзистор 4 электродами коллектор-эмиттер шунтирует переход база-эмиттер транзистора 2. Конденсатор 7 начинает заряжаться по цепи шина 13 питания резистор 5 диод 8 правая обкладка конденсатора 7, левая обкладка конденсатора 7 коллектор-эмиттер транзистора 3 общая шина 14. Через некоторое время напряжение на правой обкладке конденсатора 7 станет намного меньше напряжения питания. Так как транзистор 4 своими электродами коллектор-эмиттер шунтирует переход база-эмиттер транзистора 2, то при замыкании коллектора транзистора 2 (а следовательно, и базы транзистора 1) срабатывания устройства не происходит. Suppose that in the initial state, a signal with a logic level of “1” is applied to the control bus 15. Then the resistor 3 is in saturation mode, and the left lining of the capacitor 7 is connected through the collector-emitter electrodes of the transistor 3 to the common bus 14. The transistor 4 by the collector-emitter electrodes shunts the base-emitter junction of the transistor 2. The capacitor 7 starts charging on the power bus resistor 13 5 diode 8 right side of the capacitor 7, left side of the capacitor 7 collector-emitter of the transistor 3 common bus 14. After some time, the voltage on the right side of the capacitor 7 will become much less than the supply voltage. Since transistor 4 by its electrodes collector-emitter shunts the base-emitter junction of transistor 2, when the collector of transistor 2 (and, therefore, the base of transistor 1) is closed, the device does not operate.

При подаче на шину 15 управления сигнала с уровнем логического "0" транзисторы 3 и 4 переходят в режим отсечки. После этого начинается разряд конденсатора 7 по цепи: правая обкладка конденсатора 7 эмиттер-база транзистора 1 диод 9 шина 13 питания, резистор 6 левая обкладка конденсатора 7. Базовый ток, протекающий в это время через транзистор 1, приводит к возникновению тока по цепи шина 13 питания резистор 5 диод 8 эмиттер-коллектор транзистора 1 база-эмиттер транзистора 2 (а также резистор 12) общая шина 14, что, в свою очередь, ведет к возникновению тока по цепи шина 13 питания нагрузка R_нагр. коллектор-эмиттер транзистора 2 общая шина 14. Появление тока через транзистор 2 ведет к увеличению базового тока транзистора 1 по цепи шина 13 питания резистор 5 диод 8 эмиттер-база транзистора 1 коллектор-эмиттер транзистора 2 общая шина 14. Лавинообразно нарастающие токи в транзисторах 1 и 2 приводят к скачкообразному переходу транзистора 2 в режим насыщения, после чего в нагрузке R_нагр. протекает установившийся ток.When applying to the bus 15 control signal with a logic level of "0" transistors 3 and 4 go into cut-off mode. After that, the discharge of the capacitor 7 along the circuit begins: the right side of the capacitor 7 emitter-base of the transistor 1 diode 9 power bus 13, the resistor 6 the left side of the capacitor 7. The base current flowing through the transistor 1 at that time leads to the appearance of current on the bus 13 circuit power resistor 5 diode 8 emitter-collector of transistor 1 base-emitter of transistor 2 (as well as resistor 12) common bus 14, which, in turn, leads to the appearance of current on the circuit bus 13 power supply load R _heat. collector-emitter of transistor 2 common bus 14. The appearance of current through transistor 2 leads to an increase in the base current of transistor 1 along the circuit of bus 13 power resistor 5 diode 8 emitter-base of transistor 1 collector-emitter of transistor 2 common bus 14. Avalanche rising currents in transistors 1 and 2 lead to an abrupt transition of the transistor 2 into saturation mode, after which the load R in the load _. steady current flows.

Выключение устройства (выход транзистора 2 из режима насыщения в режим осечки коллекторного тока) может произойти по двум причинам: при поступлении на шину 15 управления сигнала с уровнем логической "1" и при коротком замыкании (или существенном увеличении тока нагрузки) нагрузки. В первом случае транзистор 4 входит в режим насыщения и шунтирует базовый переход транзистора 2. При этом также входит в режим насыщения транзистор 3 и насыщается заряд конденсатора 7, что также ведет к уменьшению тока через электроды эмиттер-коллектор транзистора 1. Совокупность этих явлений приводит к уменьшению базового тока транзистора 2 и, как следствие, лавинообразному переходу последнего в режим отсечки и прерыванию тока через нагрузку R_нагр. Во втором случае (при замыкании нагрузки) резко увеличившийся ток коллектора транзистора 2 выводит его из режима насыщения, уменьшается ток базы транзистора 1, а следовательно, и ток базы транзистора 2, что лавинообразно приводит к режиму отсечки коллекторного тока транзистора 2 и прекращению тока через нагрузку R_нагр.The device can be turned off (transistor 2 output from saturated mode to collector current misfire mode) for two reasons: when a signal arrives at control bus 15 with a logic level of “1” and with a short circuit (or a significant increase in the load current) of the load. In the first case, the transistor 4 enters the saturation mode and shunts the base transition of the transistor 2. It also enters the saturation mode of the transistor 3 and the charge of the capacitor 7 is saturated, which also leads to a decrease in the current through the electrodes of the emitter-collector of transistor 1. The combination of these phenomena leads to the decrease in the base current of the transistor 2 and, as a consequence, the avalanche-like transition of the latter to the cutoff mode and interruption of the current through the load R _heat . In the second case (when the load is closed), the sharply increased collector current of transistor 2 takes it out of saturation, the base current of transistor 1 decreases, and therefore the base current of transistor 2, which leads to an avalanche-like mode of cutting off the collector current of transistor 2 and terminates the current through the load R _load

Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью, как при включении, так и при неквалифицированном обслуживании. Thus, the proposed device has increased reliability, both when turned on, and with unqualified maintenance.

Claims

A transistor switch with overload protection, containing the first and second transistors of the opposite type of conductivity, which form a thyristor structure, while the base and collector of the first transistor are connected respectively to the collector and base of the second transistor, the collector of the second transistor is connected to the power bus through the load, and the emitter to a common bus, as well as a control transistor, the emitter of which is connected to a common bus, a capacitor and a first resistor, the collector of a control transistor is connected through a first resistor power supply bus, and through a capacitor with an emitter of the first transistor, characterized in that two diodes are introduced, an additional transistor and a second, third, fourth and fifth resistors, while the cathode of the first diode is connected to the capacitor and emitter of the first transistor, the anode through the second resistor to the bus power supply, the anode of the second diode is connected to the base of the first transistor and the collector of the second transistor, the cathode with the power bus, the collector of the additional transistor is connected to the base and the collector of the second and first transistors, respectively oh, and also through the third resistor - with a common bus to which the emitter of the additional transistor is connected, the base of the additional transistor is connected through the fourth resistor to the control bus, to which the base of the control transistor is connected through the fifth resistor.