ТРАНЗИСТОРНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ КЛЮЧ НА ИСТОЧНИКЕ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
TRANSISTOR BIPOLAR SWITCH ON SOURCE OF AC SUPPLY

Предлагаемое изобретение относится к переключающим устройствам и может быть использовано в электротехнике для замыкания и размыкания электрической цепи переменного тока в заданные промежутки времени.
Имея очень малое сопротивление во включенном состоянии и весьма большое сопротивление в выключенном, транзисторный биполярный ключ на переменном источнике питания в высокой степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к переключающим устройствам.
Известно устройство замыкания и размыкания электрической цепи, содержащее биполярный транзистор, источник питания постоянного тока, являющийся источником управляющего напряжения, источником коллекторного напряжения и источником напряжения смещения, нагрузочный резистор. Первый контакт нагрузочного резистора подключен к коллектору биполярного транзистора, а второй контакт нагрузочного резистора подключен к минусу источника коллекторного напряжения. База биполярного транзистора подключена к общей точке плюса источника коллекторного напряжения и источника напряжения смещения. Эмиттер биполярного транзистора через источник управляющего напряжения соединен с минусом источника напряжения смещения (Батушев В.А. Электронные приборы / В.А.Батушев - М.: Высшая школа, 1969. - С.457).
Основным недостатком описанного устройства замыкания и размыкания электрической сети является отсутствие возможности коммутации цепи переменного тока.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство усиления колебаний, содержащее биполярный транзистор, источник питания постоянного тока, нагрузочный резистор, первый контакт которого подключен к эмиттеру биполярного транзистора, а второй контакт которого подключен к первому входу источника питания, являющегося источником напряжения смещения, и к первому входу источника питания, являющегося источником коллекторного напряжения. Второй вход источника питания, являющегося источником напряжения смещения, через источник, являющийся источником входного сигнала, соединен с базой биполярного транзистора. Второй вход источника питания, являющегося источником коллекторного напряжения, подсоединен к коллектору биполярного транзистора (Батушев В.А. Электронные приборы / В.А.Батушев. - М.: Высшая школа, 1969. - С. 378).
Основным недостатком этого устройства усиления колебаний является отсутствие возможности коммутации цепи переменного тока.
Предлагаемым изобретением решается задача осуществления коммутации цепей переменного тока.
Поставленная задача решается тем, что в транзисторный биполярный ключ на источнике питания переменного тока, содержащий транзистор, нагрузочный резистор, первый контакт которого подключен к эмиттеру биполярного транзистора, а второй контакт подсоединен к первому входу источника питания, причем коллектор биполярного транзистора подключен ко второму входу источника питания, согласно изобретению введены фототранзистор, эмиттер которого соединен с базой биполярного транзистора, и подстроечный резистор, у которого подвижный контакт подключен к коллектору фототранзистора, первый неподвижный контакт подключен ко второму контакту нагрузочного резистора и к первому входу источника питания, второй неподвижный контакт подключен к коллектору биполярного транзистора и ко второму входу источника питания, а источник питания выполнен переменного тока.
Обеспечение возможности коммутации цепей переменного тока обусловлено изменением схемы подключения и открытия биполярного транзистора при положительном и отрицательном потенциале источника переменного напряжения путем введения фототранзистора и подстроечного резистора, использованием свойства полупроводниковых транзисторов в ключевом режиме пропускать ток в обратном направлении вследствие его симметричной структуры (р-n-р или n-р-n), а также подключением биполярного транзистора к источнику питания переменного тока.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого транзисторного биполярного ключа на источнике питания переменного тока, а на фиг.2 - тактовая диаграмма напряжений.
Кроме того, на чертеже используются следующие обозначения:
- Uсети - источник переменного напряжения;
- VT1 - биполярный транзистор;
- VT2 - фототранзистор;
- R1 - подстроечный резистор;
- R2 - нагрузочный резистор;
- э VT1 - эмиттер биполярного транзистора;
- к VT1- коллектор биполярного транзистора;
- б VT1 - база биполярного транзистора;
- э VT2 - эмиттер фототранзистора;
- к VT2 - коллектор фототранзистора;
- б VT2 - база фототранзистора.
Транзисторный биполярный ключ на источнике питания переменного тока содержит биполярный транзистор 1 (VT1), фототранзистор 2 (VT2), подстроечный резистор 3 (R1), нагрузочный резистор 4 (R2), источник питания, выполненный переменного тока, с входом 5 и вторым входом 6.
Первый контакт 7 нагрузочного резистора 4 (R2) подключен к эмиттеру биполярного транзистора 1 (VT1), а второй контакт 8 нагрузочного резистора 4 (R2) подсоединен к первому входу 5 источника питания. Коллектор биполярного транзистора 1 (VT1) подключен ко второму входу 6 источника питания.
Эмиттер фототранзистора 2 (VT2) соединен с базой биполярного транзистора 1 (VT1. Коллектор фототранзистора 2 (VT2) подключен к подвижному контакту 9 подстроечного резистора 3 (R1).
У подстроечного резистора 3 (R1) первый неподвижный контакт 10 подключен ко второму контакту 8 нагрузочного резистора 4 (R2) и к первому входу 5 источника питания, а второй неподвижный контакт 11 подключен к коллектору биполярного транзистора 1 (VT1) и ко второму входу 6 источника питания.
Таким образом, в транзисторном биполярном ключе на источнике питания переменного тока база транзистора 1 (VT1) через эмиттерно-коллекторный переход фототранзистора 2 (VT2) подключена к подвижному контакту 9 подстроечного резистора 3 (R1), первый неподвижный контакт 10 подстроечного резистора 3 (R1) подключен к второму контакту 8 нагрузочного резистора 4 (R2) и к первому входу 5 источника переменного напряжения, второй неподвижный контакт 11 подстроечного резистора 3 (R1) подключен к коллектору транзистора 1 (VT1) и ко второму входу 6 источника переменного напряжения, а эмиттер транзистора 1 (VT1) подключен к первому контакту 7 нагрузочного резистора 4 (R2) (фиг.1).
Транзисторный биполярный ключ на источнике питания переменного тока работает следующим образом. В начальный момент времени (фиг. 2) при подаче управляющего сигнала на базу фототранзистора 2 (VT2) при прохождении положительной полуволны питающего напряжения ток протекает по цепи: первый вход 5 источника питания, второй контакт 8 резистора 4 (R2), первый контакт 7 резистора 4 (R2), переход эмиттер-база транзистора 1 (VT1), эмиттерно-коллекторный переход фототранзистора 2 (VT2), подвижный контакт 9 подстроечного резистора 3 (R1), второй неподвижный контакт 11 подстроечного резистора 3 (R1), вход 6 источника питания.
При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения и при подаче управляющего сигнала на базу фототранзистора 2 (VT2) ток протекает по следующей цепи: второй вход 6 источника переменного напряжения, переход коллектор-база транзистора 1 (VT1), эмиттерно-коллекторный переход фототранзистора 2 (VT2), подвижный контакт 9 подстроечного резистора 3 (R1), первый неподвижный контакт 10 подстроечного 3 (R1), первый вход 5 источника питания. При прохождении следующей положительной волны питающего напряжения последовательность работы повторяется.
Таким образом, предлагаемое изобретение имеет преимущества по сравнению с известными из-за отсутствия необходимости в источнике постоянного тока с сглаживающим конденсатором и индуктивностью, как для коллекторной, так и для базовой цепи, возможности коммутации переменного тока на одном транзисторе, причем ключевой режим при таком включении поддерживается автоматически при различных значениях переменного синусоидального напряжения.