RU2287219C1 - Transistor switch - Google Patents
Transistor switch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287219C1 RU2287219C1 RU2005105928/09A RU2005105928A RU2287219C1 RU 2287219 C1 RU2287219 C1 RU 2287219C1 RU 2005105928/09 A RU2005105928/09 A RU 2005105928/09A RU 2005105928 A RU2005105928 A RU 2005105928A RU 2287219 C1 RU2287219 C1 RU 2287219C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistor
- resistor
- output
- input
- load
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к импульсной технике, а именно к транзисторным ключам, и может быть использовано для управляемого по программе подключения напряжения питания к биполярным полупостоянным запоминающим устройствам, а также в качестве формирователя импульсов тока в кабельную или воздушную линию связи с распределенными параметрами.The invention relates to a pulse technique, namely to transistor switches, and can be used for programmed connection of the supply voltage to bipolar semi-permanent memory devices, as well as a current pulse shaper in a cable or overhead communication line with distributed parameters.
Известен транзисторный ключ, обеспечивающий передачу цифровых сигналов в линию связи с распределенными параметрами, содержащий четырнадцать транзисторов одной структуры (n-р-n-тип), восемь диодов и двенадцать резисторов (Наумов Ю.Е., Аваев Н.А., Бедрековский М.А. Помехоустойчивость устройств на интегральных логических схемах. М., "Советское радио", 1975 (стр.104, рис.5.7).Known transistor switch, providing digital signals to a communication line with distributed parameters, containing fourteen transistors of the same structure (n-p-n-type), eight diodes and twelve resistors (Naumov Yu.E., Avaev N.A., Bedrekovsky M .A. Immunity of devices on integrated logic circuits. M., "Soviet Radio", 1975 (p. 104, Fig.5.7).
Известный транзисторный ключ позволяет работать с симметричными линиями связи (без заземления нагрузки), имеет низкое выходное сопротивление и защиту от коротких замыканий в линии.Known transistor switch allows you to work with symmetrical communication lines (without grounding the load), has a low output impedance and protection against short circuits in the line.
Недостатками известного транзисторного ключа являются недостаточно высокая надежность и ограниченные функциональные возможности.The disadvantages of the known transistor switch are not sufficiently high reliability and limited functionality.
Первый недостаток обусловлен тем, что при коротком замыкании на выходе в нем происходит ограничение тока выходных каскадов путем стабилизации выходного тока, приводящее к существенному увеличению мощности рассеивания на токостабилизирующих элементах. При микроминиатюрном конструктивном исполнении транзисторного ключа это создаст тяжелые температурные режимы, что снизит его наработку на отказ.The first drawback is due to the fact that during a short circuit at the output it limits the current of the output stages by stabilizing the output current, which leads to a significant increase in the dissipation power on the current-stabilizing elements. With the microminiature design of the transistor switch, this will create severe temperature conditions, which will reduce its MTBF.
Второй недостаток обусловлен существенным изменением амплитуды выходного сигнала ключа в зависимости от сопротивления линии связи, что ограничивает возможности его применения для целого ряда цифровых каналов из-за ухудшения соотношения сигнал/помеха. Кроме того, при использовании ключа для работы по несимметричным цепям, он оказывается незащищенным от случайного подключения в цепь нагрузки встречного напряжения.The second drawback is due to a significant change in the amplitude of the output signal of the key depending on the resistance of the communication line, which limits the possibility of its use for a number of digital channels due to the deterioration of the signal to noise ratio. In addition, when using a key for working on unbalanced circuits, it turns out to be unprotected from accidental connection of counter voltage to the load circuit.
Известен транзисторный ключ (Авторское свидетельство СССР №1264332, кл. Н 03 К 17/60. "Транзисторный ключ", опубликовано 15.10.86. Бюл. №38), выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащий первый и второй транзисторы одной структуры, третий и четвертый транзисторы другой структуры, десять резисторов, два инвертора, два элемента И-НЕ, элемент И, входную шину и нагрузку, 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 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 выходом первого инвертора, вход которого подключен к первому выводу шестого резистора и через седьмой резистор - к общей шине, второй вход второго элемента И-НЕ соединен с коллектором первого транзистора и вторыми выводами второго и шестого резисторов, вход второго инвертора подключен к входной шине, а выход соединен с первым входом элемента И и через восьмой резистор с базой третьего транзистора, коллектор которого через девятый резистор соединен с коллекторами первого и четвертого транзисторов, база четвертого транзистора через десятый резистор соединена с выходом элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов объединены и подключены к общей шине. Кроме того, транзисторный ключ содержит два конденсатора, причем первый вывод первого конденсатора подключен к коллектору первого транзистора, а второй вывод соединен с общей шиной и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к эмиттеру первого транзистора.Known transistor switch (USSR Author's Certificate No. 1264332, class N 03 K 17/60. "Transistor switch", published 10/15/86. Bull. No. 38), selected as the closest analogue (prototype), containing the first and second transistors of one structures, the third and fourth transistors of a different structure, ten resistors, two inverters, two NAND elements, an AND element, an input bus and a load, the emitter of the first transistor connected to the power supply bus and the first terminal of the first resistor, the second terminal of which is connected to the base first transistor call whose vector is connected via a load to a common bus, the collector of the second transistor is connected to the first terminal of the second resistor, and the base is connected to the first terminal of the third resistor and through the fourth resistor to the power supply bus, the second terminal of the third resistor is connected to the output of the first AND-NOT element, the first input of which is connected to the input bus and the first input of the second AND-NOT element, the output of which through the fifth resistor is connected to the base of the first transistor, the emitter of the second transistor is connected to the bus of the power source, the second the course of the first AND-NOT element is connected to the output of the first inverter, the input of which is connected to the first output of the sixth resistor and through the seventh resistor to the common bus, the second input of the second AND-NOT element is connected to the collector of the first transistor and the second terminals of the second and sixth resistors, input the second inverter is connected to the input bus, and the output is connected to the first input of the And element and through the eighth resistor to the base of the third transistor, the collector of which through the ninth resistor is connected to the collectors of the first and fourth transistors, the base the fourth transistor through the tenth resistor is connected to the output of the element And, the second input of which is connected to the output of the first inverter, the emitters of the third and fourth transistors are combined and connected to a common bus. In addition, the transistor switch contains two capacitors, the first terminal of the first capacitor connected to the collector of the first transistor, and the second terminal connected to a common bus and the first terminal of the second capacitor, the second terminal of which is connected to the emitter of the first transistor.
Известный транзисторный ключ обеспечивает коммутацию любых активно-емкостных нагрузок, обладает высокими коммутационными свойствами, обеспечивает защиту активных элементов (транзисторов) от токовых перегрузок как при коротком замыкании нагрузки, так и от случайного подключения в цепь нагрузки встречного напряжения.The well-known transistor switch provides switching of any active-capacitive loads, has high switching properties, provides protection of active elements (transistors) from current overloads both with a short circuit of the load and from accidental connection of counter voltage to the load circuit.
Недостатками известного транзисторного ключа являются значительная потребляемая мощность от источника питания и недостаточно высокая надежность.The disadvantages of the known transistor switch are significant power consumption from a power source and insufficiently high reliability.
Первый недостаток обусловлен тем, что при коротком замыкании нагрузки ток, потребляемый ключом от источника питания, ограничивается только коллекторным резистором второго транзистора (а резистор по условиям быстродействия ключа должен иметь малый номинал), поэтому значение тока может быть велико.The first drawback is due to the fact that during a short circuit of the load, the current consumed by the key from the power source is limited only by the collector resistor of the second transistor (and the resistor must have a low rating according to the key performance conditions), so the current value can be large.
Второй недостаток обусловлен тем, что в аварийных режимах ключа, при коротком замыкании нагрузки или подключении в цепь нагрузки встречного напряжения, на коллекторных резисторах второго и третьего транзисторов, соответственно, будут выделяться значительные мощности, следствием чего станет температурная перегрузка элементов. Кроме того, в известном транзисторном ключе второй вход второго логического элемента И-НЕ имеет непосредственную связь с нагрузкой, что создает опасность выхода из строя этого логического элемента при случайном подключении в цепь нагрузки встречного напряжения значительной величины (например, превышающей напряжение питания логического комплекса транзисторного ключа).The second drawback is due to the fact that in emergency modes of the switch, when the load is short-circuited or when the counter voltage is connected to the load circuit, significant power will be allocated to the collector resistors of the second and third transistors, which will result in temperature overload of the elements. In addition, in the known transistor key, the second input of the second NAND gate has a direct connection with the load, which creates the risk of failure of this logical element if the countercurrent is connected to a load circuit with a significant voltage (for example, exceeding the supply voltage of the logic complex of the transistor switch )
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение потребляемой мощности и повышение надежности.The aim of the invention is to reduce power consumption and increase reliability.
Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий первый и второй транзисторы одной структуры, третий транзистор другой структуры, семь резисторов, конденсатор, элемент И-НЕ, элемент И, инвертор, нагрузку, первый вывод которой подключен к общей шине, первому выводу конденсатора и эмиттеру третьего транзистора, база которого через первый резистор соединена с выходом элемента И, первый вход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с входной клеммой и входом инвертора, выход которого подключен ко второму входу элемента И, выход элемента И-НЕ через второй резистор соединен с первым выводом третьего резистора и базой первого транзистора, эмиттер которого объединен с шиной источника питания и вторым выводом третьего резистора, а коллектор подключен через четвертый резистор к коллектору третьего транзистора, первый вывод пятого резистора соединен с базой второго транзистора, коллектор которого подключен через последовательно соединенные шестой и седьмой резисторы к общей шине, введены триггер Шмитта, два диода и стабилитрон, анод которого соединен с общей шиной, а катод подключен ко второму выводу конденсатора, точке соединения шестого и седьмого резисторов и входу триггера Шмитта, инверсный выход которого подключен к первым входам элементов И и И-НЕ, при этом эмиттер второго транзистора соединен с коллектором первого транзистора и катодом первого диода, анод которого подключен ко второму выводу нагрузки и катоду второго диода, анод которого соединен с коллектором третьего транзистора и вторым выводом пятого резистора.This goal is achieved by the fact that in the transistor switch containing the first and second transistors of one structure, a third transistor of another structure, seven resistors, a capacitor, an AND element, an AND element, an inverter, a load, the first terminal of which is connected to a common bus, the first terminal capacitor and emitter of the third transistor, the base of which is connected through the first resistor to the output of the AND element, the first input of which is connected to the first input of the AND element, the second input of which is connected to the input terminal and the inverter input, the output of which о is connected to the second input of the AND element, the output of the NAND element through the second resistor is connected to the first output of the third resistor and the base of the first transistor, the emitter of which is combined with the power supply bus and the second output of the third resistor, and the collector is connected through the fourth resistor to the collector of the third transistor , the first output of the fifth resistor is connected to the base of the second transistor, the collector of which is connected via series-connected sixth and seventh resistors to a common bus, Schmitt trigger, two diodes and one hundred bilitron, the anode of which is connected to the common bus, and the cathode is connected to the second output of the capacitor, the connection point of the sixth and seventh resistors and the input of the Schmitt trigger, the inverse output of which is connected to the first inputs of the elements AND and AND, NOT, while the emitter of the second transistor is connected to the collector the first transistor and the cathode of the first diode, the anode of which is connected to the second output terminal and the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the collector of the third transistor and the second output of the fifth resistor.
Перечисленные выше существенные признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень" по следующим причинам.The essential features listed above allow us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step" for the following reasons.
Проведенные исследования уровня техники в области транзисторных ключей показали, что на момент подачи заявки сущность предлагаемого технического решения неизвестна.Conducted research of the prior art in the field of transistor switches showed that at the time of filing the essence of the proposed technical solution is unknown.
Содержащиеся в заявляемом объекте дополнительные элементы с соответствующей структурой связей существенно отличают его от известных транзисторных ключей и эти нововведения для специалистов не следуют явным образом из уровня техники.Additional elements contained in the claimed object with an appropriate connection structure significantly distinguish it from the known transistor switches and these innovations for specialists do not follow explicitly from the prior art.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в вычислительной технике и в промышленности средств связи, в частности при организации передачи цифровой информации по длинным линиям связи, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "промышленная применимость".The proposed technical solution can be used in computer technology and the communications industry, in particular when organizing the transmission of digital information over long communication lines, which allows us to conclude that it meets the criterion of "industrial applicability".
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема транзисторного ключа.The drawing shows a circuit diagram of a transistor switch.
Транзисторный ключ содержит первый 1 и второй 2 транзисторы одной структуры, третий транзистор 3 другой структуры, семь резисторов 4-10, конденсатор 11, элемент 12 И-НЕ, элемент 13 И, инвертор 14, нагрузку 15, первый вывод 16 которой подключен к общей шине 17, первому выводу конденсатора 11 и эмиттеру третьего транзистора 3, база которого через первый резистор 4 соединена с выходом элемента 13 И, первый вход которого подключен к первому входу элемента 12 И-НЕ, второй вход которого соединен с входной клеммой 18 и входом инвертора 14, выход которого подключен к второму входу элемента 13 И, выход элемента 12 И-НЕ через второй резистор 5 соединен с первым выводом третьего резистора 6 и базой первого транзистора 1, эмиттер которого объединен с шиной 19 источника питания и вторым выводом третьего резистора 6, а коллектор подключен через четвертый резистор 7 к коллектору третьего транзистора 3, первый вывод пятого резистора 8 соединен с базой второго транзистора 2, коллектор которого подключен через последовательно соединенные шестой 9 и седьмой 10 резисторы к общей шине 17, анод стабилитрона 20 соединен с общей шиной 17, а его катод подключен ко второму выводу конденсатора 11, точке соединения шестого 9 и седьмого 10 резисторов и входу триггера 21 Шмитта, инверсный выход которого подключен к первым входам элементов 13 И и 12 И-НЕ, при этом эмиттер второго транзистора 2 соединен с коллектором первого транзистора 1 и катодом первого диода 22, анод которого подключен ко второму выводу 23 нагрузки 15 и катоду второго диода 24, анод которого соединен с коллектором третьего транзистора 3 и вторым выводом пятого резистора 8. Выходом транзисторного ключа является клемма 25, подключенная к точке соединения диодов 22 и 24.The transistor switch contains the first 1 and second 2 transistors of one structure, the third transistor 3 of another structure, seven resistors 4-10, capacitor 11, element 12 AND NOT, element 13 AND, inverter 14, load 15, the first terminal 16 of which is connected to a common the bus 17, the first output of the capacitor 11 and the emitter of the third transistor 3, the base of which is connected through the first resistor 4 to the output of the 13 AND element, the first input of which is connected to the first input of the 12 AND-NOT element, the second input of which is connected to the input terminal 18 and the input of the inverter 14, the output of which is connected to to the other input of the element 13 AND, the output of the element 12 AND NOT via the second resistor 5 is connected to the first output of the third resistor 6 and the base of the first transistor 1, the emitter of which is combined with the bus 19 of the power source and the second output of the third resistor 6, and the collector is connected through the fourth resistor 7 to the collector of the third transistor 3, the first output of the fifth resistor 8 is connected to the base of the second transistor 2, the collector of which is connected through a series of sixth 9 and seventh 10 resistors to a common bus 17, the anode of the zener diode 20 is connected to a common another 17, and its cathode is connected to the second output of the capacitor 11, the connection point of the sixth 9 and the seventh 10 resistors and the input of the Schmitt trigger 21, the inverse output of which is connected to the first inputs of the elements 13 AND 12 AND-NOT, while the emitter of the second transistor 2 is connected with the collector of the first transistor 1 and the cathode of the first diode 22, the anode of which is connected to the second terminal 23 of the load 15 and the cathode of the second diode 24, the anode of which is connected to the collector of the third transistor 3 and the second output of the fifth resistor 8. The output of the transistor switch is the terminal and 25, connected to the connection point of the diodes 22 and 24.
Транзисторный ключ работает следующим образом.The transistor switch operates as follows.
При наличии на шине 19 напряжения питания и поступлении на входную клемму 18 уровня логического нуля ("0"), на выходе элемента 12 И-НЕ устанавливается высокий уровень напряжения, что исключает возможность протекания через резистор 5 базового тока транзистора 1, в результате чего транзистор 1 выключен и через резистор 7, диод 24 и нагрузку 15 ток не протекает (нагрузка 15 отключена от шины 19 источника питания). При отсутствии тока в коллекторной цепи транзистора 1 на резисторе 7 отсутствует какое-либо напряжение, поэтому транзистор 2 выключен, в его коллекторной цепи отсутствует ток, а на резисторе 10 отсутствует напряжение, что обеспечивает наличие уровня "0" на входе триггера 21 Шмитта. При этом на инверсном выходе триггера 21 установлен уровень логической единицы ("1"), который поступает на первые входы элементов 13 И и 12 И-НЕ. Уровень "0" с выходной клеммы 18 поступает на вход инвертора 14, в результате чего на его выходе - уровень "1", который поступает на второй вход элемента И 13. На обоих входах элемента И 13 оказываются уровни "1", следовательно, на его выходе устанавливается высокий уровень напряжения, обеспечивающий через резистор 4 протекание базового тока транзистора 3, в результате чего транзистор 3 оказывается включенным. Если к этому моменту времени на реактивных элементах нагрузки 15 было какое-то остаточное напряжение, то оно будет снято за счет подключения клеммы 23 нагрузки 15 к общей шине 17 через диод 22, резистор 7 и открытый транзистор 3.If there is a supply voltage on the bus 19 and a logic zero level ("0") is supplied to the input terminal 18, a high voltage level is set at the output of the AND-NOT element 12, which eliminates the possibility of the base current of the transistor 1 flowing through the resistor 5, resulting in a transistor 1 is turned off and no current flows through resistor 7, diode 24, and load 15 (load 15 is disconnected from power supply bus 19). If there is no current in the collector circuit of transistor 1, there is no voltage on resistor 7, so transistor 2 is turned off, there is no current in its collector circuit, and there is no voltage on resistor 10, which ensures the presence of level "0" at the input of Schmitt trigger 21. At the same time, the level of the logical unit ("1") is set at the inverted output of the trigger 21, which is fed to the first inputs of the 13 AND and 12 AND-NOT elements. The level "0" from the output terminal 18 is fed to the input of the inverter 14, resulting in a level "1" at its output, which is fed to the second input of the element And 13. At both inputs of the element And 13 are levels "1", therefore, at a high voltage level is established at its output, which ensures that the base current of the transistor 3 flows through the resistor 4, as a result of which the transistor 3 turns on. If at this point in time there was some residual voltage on the reactive elements of the load 15, then it will be removed by connecting the terminal 23 of the load 15 to the common bus 17 through a diode 22, a resistor 7 and an open transistor 3.
При поступлении на входную клемму 18 уровня "1" на обоих входах элемента 12 И-НЕ оказываются уровни "1", а на его выходе устанавливается низкий уровень напряжения, обеспечивающий через резистор 5 протекание базового тока транзистора 1 и включение транзистора 1. Коллекторный ток транзистора 1 протекает через резистор 7 и диод 24 в нагрузку 15. При этом транзистор 3 оказывается выключенным, так как в этот момент времени уровень "1" с входной клеммы 18, поступая на вход инвертора 14, устанавливает на его выходе, а следовательно, и на втором входе элемента 13 И уровень "0", в результате чего на выходе элемента 13 И - низкий уровень напряжения, и в базовой цепи транзистора 3 отсутствует ток.Upon receipt of level “1” at the input terminal 18 of the I-NOT element 12, the levels are “1” and the voltage level is low, which ensures that the base current of transistor 1 flows through resistor 5 and turns on transistor 1. Collector current of transistor 1 flows through the resistor 7 and diode 24 to the load 15. In this case, the transistor 3 turns off, since at this point in time the level "1" from the input terminal 18, entering the input of the inverter 14, sets at its output, and therefore, at second input element 13 And level "0", as a result of which the output of element 13 AND is a low voltage level, and there is no current in the base circuit of transistor 3.
Коллекторный ток транзистора 1, протекающий через резистор 7 в нагрузку, создает на резисторе 7 падение напряжения, однако номинал резистора 7 выбирается таким образом, чтобы при максимальном токе нагрузки падение напряжения на нем было бы недостаточно для появления базового тока транзистора 2, следовательно, транзистор 2 остается в выключенном состоянии.The collector current of the transistor 1 flowing through the resistor 7 to the load creates a voltage drop on the resistor 7, however, the value of the resistor 7 is selected so that at the maximum load current the voltage drop on it would not be enough for the base current of the transistor 2 to appear, therefore, the transistor 2 stays off.
Если по каким-либо причинам ток в нагрузке 15 станет выше допустимой величины (например, при коротком замыкании нагрузки), напряжение на резисторе 7 увеличится и станет достаточным для появления базового тока транзистора 2, что приведет к его включению. Коллекторный ток включившегося транзистора 2, протекая через резисторы 9 и 10, начнет заряжать конденсатор 11, и когда напряжение на нем достигнет верхнего значения петли гистерезиса (напряжение включения) триггера 21 Шмитта, триггер 21 переключится и на его инверсном выходе установится уровень "0", который заблокирует работу элементов 13 И и 12 И-НЕ по первым входам. На выходе элемента 12 И-НЕ установится высокий уровень напряжения, что отключит базовый ток транзистора 1 и приведет к его выключению и отключению нагрузки 15 от шины 19 источника питания. При этом выключится и транзистор 2, так как на резисторе 7 не будет напряжения, и прекратится ток в его коллекторной цепи. Конденсатор 11 начнет разряжаться через резистор 10. Такое отключенное состояние нагрузки будет сохраняться до тех пор, пока уменьшающееся напряжение на конденсаторе 11 не достигнет нижнего значения петли гистерезиса (напряжение выключения) триггера 21 Шмитта. После этого на инверсном выходе триггера 21 установится уровень "1", что приведет к установке на выходе элемента 12 И-НЕ низкого уровня напряжения, включению транзистора 1 и появлению тока в нагрузке 15. Если к этому моменту времени не будет ликвидировано аварийное состояние нагрузки (ток нагрузки будет превышать максимально допустимый), вновь включится транзистор 2, начнется заряд конденсатора 11 с последующим отключением нагрузки 15 от шины 19 источника питания по описанному выше принципу. Периодическое подключение и отключение нагрузки 15 (опрос состояния нагрузки) будет продолжаться до тех пор, пока не будет устранена причина аварийного тока в нагрузке. Период, с которым будет осуществляться опрос состояний нагрузки, определяется параметрами времязадающей цепи - конденсатор 11 - резистор 10 и шириной петли гистерезиса триггера 21 Шмитта. Таким образом, после устранения аварийного состояния нагрузки 15, она автоматически будет подключена к шине 19 источника питания, если на входной клемме 18 будет сохраняться уровень "1".If for some reason the current in the load 15 becomes higher than the permissible value (for example, during a short circuit of the load), the voltage across the resistor 7 will increase and become sufficient for the base current of the transistor 2 to appear, which will lead to its inclusion. The collector current of the turned on transistor 2, flowing through the resistors 9 and 10, will begin to charge the capacitor 11, and when the voltage on it reaches the upper value of the hysteresis loop (switching voltage) of the Schmitt trigger 21, the trigger 21 will switch and the level "0" will be set on its inverted output, which will block the operation of elements 13 AND and 12 AND NOT at the first inputs. At the output of element 12 AND-NOT, a high voltage level will be established, which will turn off the base current of transistor 1 and cause it to turn off and turn off load 15 from bus 19 of the power source. In this case, the transistor 2 will turn off, since there will be no voltage on the resistor 7, and the current in its collector circuit will stop. The capacitor 11 will begin to discharge through the resistor 10. This disconnected state of the load will remain until the decreasing voltage across the capacitor 11 reaches the lower value of the hysteresis loop (voltage off) of the Schmitt trigger 21. After that, the level “1” will be set at the inverted output of the trigger 21, which will lead to the installation of an AND-NOT low voltage level at the output of the element 12, the transistor 1 turning on and the current appearing in the load 15. If the emergency state of the load is not eliminated by this time ( the load current will exceed the maximum allowable), the transistor 2 will turn on again, the capacitor 11 will start charging, followed by disconnecting the load 15 from the power supply bus 19 according to the principle described above. Periodic connection and disconnection of the load 15 (interrogation of the state of the load) will continue until the cause of the emergency current in the load is eliminated. The period with which the load state will be polled is determined by the parameters of the timing circuit - capacitor 11 - resistor 10 and the width of the hysteresis loop of Schmitt trigger 21. Thus, after eliminating the emergency state of the load 15, it will automatically be connected to the bus 19 of the power source, if at the input terminal 18 will remain the level "1".
При поступлении на входную клемму 18 уровня "0", по описанной выше логике работы, выключится транзистор 1 и включится транзистор 3. Включившийся транзистор 3 осуществит быстрый разряд эквивалентной емкости нагрузки по цепи: клемма 23 - диод 22 - резистор 7 - транзистор 3 - общая шина 17. Если при включенном транзисторе 3, возникнет аварийная ситуация (например, случайное включение встречного напряжения на отключенную от шины питания нагрузку или появление на нагрузке наведенной ЭДС от грозовых разрядов), то возрастет ток коллектора транзистора 3, а следовательно, увеличится и падение напряжения на резисторе 7 до величины, достаточной для появления базового тока транзистора 2, что приведет к его включению. Коллекторный ток включившегося транзистора 2, протекая через резисторы 9 и 10, начнет заряжать конденсатор 11, и когда напряжение на нем достигнет верхнего значения петли гистерезиса триггера 21 Шмитта, триггер 21 переключится, и на его инверсном выходе установится уровень "0", который заблокирует работу элементов 13 И и 12 И-НЕ по первым входам. На выходе элемента 13 И установится низкий уровень напряжения, что отключит базовый ток транзистора 3 и приведет к его выключению и прекращению шунтирования нагрузки 15. При этом выключится и транзистор 2, так как на резисторе 7 не будет напряжения, и прекратится ток в его коллекторной цепи. Конденсатор 11 начнет разряжаться через резистор 10. Такое состояние будет сохраняться до тех пор, пока уменьшающееся напряжение на конденсаторе 11 не достигнет нижнего значения петли гистерезиса триггера 21 Шмитта. После этого на инверсном выходе триггера 21 установится уровень "1", что приведет к установке на выходе элемента 13 И высокого уровня напряжения, появлению базового тока транзистора 3 и его включению. Если к этому времени не будет отключено встречное напряжение в нагрузке, вновь включится транзистор 2, начнется заряд конденсатора 11 с последующим выключением транзистора 3 и прекращением шунтирования нагрузки 15 по описанному выше принципу. Периодическое прекращение шунтирования нагрузки 15 (опрос наличия встречного напряжения на нагрузке) будет продолжаться до тех пор, пока не прекратится действие встречного напряжения или наведенной ЭДС на нагрузке. Период опроса состояния нагрузки определяется теми же параметрами, как и в случае короткого замыкания нагрузки.Upon receipt of the “0” level at the input terminal 18, according to the logic described above, the transistor 1 will turn off and the transistor 3 will turn on. A turned on transistor 3 will quickly discharge the equivalent load capacitance through the circuit: terminal 23 - diode 22 - resistor 7 - transistor 3 - common bus 17. If, when the transistor 3 is turned on, an emergency occurs (for example, accidentally turning on the opposite voltage to a load disconnected from the power bus or the induced EMF from the lightning discharges on the load), the collector current of transistor 3 will increase, and Conversely, the voltage drop across the resistor 7 will increase to a value sufficient for the base current of the transistor 2 to appear, which will lead to its inclusion. The collector current of the turned on transistor 2, flowing through the resistors 9 and 10, will begin to charge the capacitor 11, and when the voltage on it reaches the upper value of the Schmitt trigger 21 hysteresis loop, the trigger 21 will switch, and the level "0" will be set at its inverted output, which will block operation Elements 13 AND and 12 AND NOT at the first inputs. At the output of element 13 AND, a low voltage level will be established, which will turn off the base current of transistor 3 and turn it off and stop shunting load 15. At the same time, transistor 2 will turn off, since there will be no voltage on resistor 7, and the current in its collector circuit will stop . The capacitor 11 will begin to discharge through the resistor 10. This state will remain until the decreasing voltage across the capacitor 11 reaches the lower value of the hysteresis loop of the Schmitt trigger 21. After that, the level “1” will be set at the inverted output of the trigger 21, which will lead to the installation of the output element 13 And a high voltage level, the appearance of the base current of the transistor 3 and its inclusion. If the counter voltage in the load is not disconnected by this time, transistor 2 will turn on again, the capacitor 11 will start charging, followed by turning off transistor 3 and stopping load shunt 15 according to the principle described above. The periodic termination of load shunt 15 (interrogation of the presence of counter voltage at the load) will continue until the action of the counter voltage or induced EMF on the load ceases. The load status polling period is determined by the same parameters as in the case of a short circuit of the load.
Таким образом, после устранения действия встречного напряжения на нагрузке 15 она автоматически будет зашунтирована и подключена к общей шине 17 через открытый транзистор 3, если на входной клемме 18 будет сохраняться уровень "0".Thus, after eliminating the action of the oncoming voltage on the load 15, it will be automatically bridged and connected to the common bus 17 through an open transistor 3, if the level "0" is stored on the input terminal 18.
Следует отметить, что время заряда конденсатора 11, определяемое значением его емкости и номиналами резисторов 9 и 10, должно быть больше времени действия импульсных токов транзисторов 1 и 3, обусловленного временами заряда и разряда эквивалентной емкости нагрузки 15. С другой стороны, это время заряда не должно превышать допустимой длительности максимально допустимых импульсных токов транзисторов 1 и 3, возникающих при аварийных состояниях нагрузки 15.It should be noted that the charge time of the capacitor 11, determined by the value of its capacitance and the values of the resistors 9 and 10, should be longer than the action time of the pulse currents of transistors 1 and 3, due to the charge and discharge times of the equivalent load capacitance 15. On the other hand, this charge time is not must exceed the permissible duration of the maximum allowable pulsed currents of transistors 1 and 3 that occur during emergency conditions of the load 15.
Время разряда конденсатора 11, определяемое значением его емкости и номиналом резистора 10, не должно превышать допустимого времени готовности транзисторного ключа (времени его восстановления) после устранения аварии в нагрузке.The discharge time of the capacitor 11, determined by the value of its capacitance and the value of the resistor 10, should not exceed the allowable readiness time of the transistor switch (its recovery time) after eliminating the accident in the load.
Стабилитрон 20 ограничивает амплитуду заряда конденсатора 11, что позволяет стабилизировать время готовности транзисторного ключа вне зависимости от амплитуд встречных напряжений. Одновременно стабилитрон 20 обеспечивает защиту входа триггера 21 от перенапряжений, в случае, если встречные напряжения на нагрузке будут иметь большую амплитуду.The zener diode 20 limits the amplitude of the charge of the capacitor 11, which allows to stabilize the availability time of the transistor switch, regardless of the amplitudes of the opposing voltages. At the same time, the zener diode 20 protects the input of the trigger 21 from overvoltage, in the event that the opposing voltage at the load will have a large amplitude.
Резистор 8 является принципиально необходимым, так как благодаря ему обеспечивается необходимая разность потенциалов между эмиттером включенного транзистора 2 и общей шиной при коротком замыкании нагрузки или встречном включении напряжения. Именно за счет этой разности потенциалов обеспечивается ток через резисторы 9 и 10 и заряд конденсатора 11.Resistor 8 is fundamentally necessary, because it provides the necessary potential difference between the emitter of the turned on transistor 2 and the common bus when the load is shorted or the voltage is turned on. It is due to this potential difference that the current through the resistors 9 and 10 and the charge of the capacitor 11 are provided.
Работа транзисторов 1 и 3 в режиме глубокого насыщения при включенном состоянии и отсечки в выключенном состоянии, а также тот факт, что заряд и разряд эквивалентной емкости нагрузки 15 происходит через один и тот же резистор 7, обеспечивают высокие ключевые свойства транзисторного ключа и одинаковые значения длительностей фронта и спада токовых импульсов.The operation of transistors 1 and 3 in the deep saturation mode when the state is on and cut-off in the off state, as well as the fact that the charge and discharge of the equivalent load capacity 15 occurs through the same resistor 7, provide high key properties of the transistor switch and the same duration values front and recession of current pulses.
Таким образом, предложенный транзисторный ключ, по сравнению с известным, практически не потребляет мощности от источника питания в аварийных состояниях нагрузки, следствием чего является и малая мощность рассеивания на элементах ключа, что является предпосылкой существенного повышения его надежности при микроминиатюризации.Thus, the proposed transistor switch, in comparison with the known one, practically does not consume power from the power source in emergency load conditions, which also results in a low power dissipation on the key elements, which is a prerequisite for a significant increase in its reliability during microminiaturization.
Структура построения транзисторного ключа позволяет реализовать его с применением прогрессивных технологий в микроэлектронике (например, ПЛИС-технологий), что позволит создать высоконадежные и быстродействующие устройства для передачи цифровой информации в длинные линии связи.The structure of the transistor switch construction allows it to be implemented using advanced technologies in microelectronics (for example, FPGA technology), which will create highly reliable and high-speed devices for transmitting digital information in long communication lines.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005105928/09A RU2287219C1 (en) | 2005-03-02 | 2005-03-02 | Transistor switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005105928/09A RU2287219C1 (en) | 2005-03-02 | 2005-03-02 | Transistor switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005105928A RU2005105928A (en) | 2006-08-10 |
| RU2287219C1 true RU2287219C1 (en) | 2006-11-10 |
Family
ID=37059358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005105928/09A RU2287219C1 (en) | 2005-03-02 | 2005-03-02 | Transistor switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2287219C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483437C1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН) | Shaper of voltage pulses with device of protection against negative emissions at connection of inductive load |
| RU2486668C1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-06-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Промэлектроника" (ЗАО "НПЦ "Промэлектроника") | Electronic hysteresis device |
-
2005
- 2005-03-02 RU RU2005105928/09A patent/RU2287219C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483437C1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН (ИППМ РАН) | Shaper of voltage pulses with device of protection against negative emissions at connection of inductive load |
| RU2486668C1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-06-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Промэлектроника" (ЗАО "НПЦ "Промэлектроника") | Electronic hysteresis device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005105928A (en) | 2006-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH08307221A (en) | Circuit for controlling power mos gate type circuit | |
| CN106300246B (en) | Overvoltage crowbar | |
| KR20130055499A (en) | Short-circuit detection circuit and short-circuit detection method | |
| CN110504659A (en) | IGBT drives short-circuit protection detection circuit | |
| RU2287219C1 (en) | Transistor switch | |
| CN106841823B (en) | Open-loop voltage detection system | |
| WO2021134540A1 (en) | Hybrid circuit breaker, hybrid circuit breaker system, and circuit breaking method | |
| CN116316493A (en) | Short-circuit current suppressing circuit, server device, and overcurrent suppressing circuit | |
| RU2335843C2 (en) | Voltage commutator with current overload protection | |
| CN213959959U (en) | Pulse voltage control circuit with isolation function | |
| CN204068684U (en) | For the current foldback circuit of power device | |
| CN112448703B (en) | Switching device | |
| RU2599190C2 (en) | Voltage switch with overcurrent protection | |
| CN106849917B (en) | Signal delay circuit, variable frequency driving system and air conditioner | |
| CN113346467B (en) | Surge protection circuit and alternating current charging circuit | |
| RU176111U1 (en) | Power Supply | |
| EA005457B1 (en) | A series power switch bridge having the ability of automatic voltage-sharing | |
| CN211699187U (en) | Bluetooth control circuit and electrical equipment | |
| CN214900157U (en) | Load short-circuit protection circuit | |
| RU2275670C1 (en) | Overload protection block for use in electric power circuits | |
| CN217848944U (en) | Power bus forbidding control circuit | |
| CN111786354B (en) | Thyristor short-circuit protection circuit and device | |
| RU202279U1 (en) | Active balancing device with an extended operating voltage range of shunt circuit keys on MOS transistors for supercapacitor storage of electrical energy | |
| RU2233022C1 (en) | Transistor switch | |
| SU1265992A2 (en) | Transistorized switch |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120731 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190303 |