Независимый полупроводниковый коммутатор на транзисторе n-p-n типа

Предлагаемая полезная модель относится к электрическим коммутирующим устройствам, а именно к электрическим коммутаторам.
Известен электрический коммутатор, выполненный на основе рубильника, состоящего из одного подвижного и одного неподвижного контакта. Коммутация электрической сети происходит путем механического замыкания цепи (Чунихин А.А. Электрические аппараты: общий курс. Учебник для вузов / А.А. Чунихин. - Москва: Энергоатомиздат, 1988. - С.24, табл. В.4).
Однако описанный электрический коммутатор имеет следующие недостатки: при размыкании электрической цепи возможно возникновение дуги, что требует наличия дугогасящих устройств для устранения дуги; малая надежность вследствие наличия подвижного контакта; недостаточное быстродействие из-за ручного управления.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является полупроводниковый коммутатор на транзисторе p-n-р типа, содержащий транзистор биполярного типа, соединенный с основным источником питания для пропускания тока по цепи эмиттер-коллектор и с основным сопротивлением, а также связанный с дополнительным источником питания для управления работой коммутатора по цепи эмиттер-база и с дополнительным сопротивлением. В качестве биполярного транзистора использован транзистор p-n-р типа. Положительный потенциал основного источника питания подключен к базе и через дополнительный источник питания и дополнительное сопротивление подключен к эмиттеру биполярного транзистора. Отрицательный потенциал основного источника питания через основное сопротивление подключен к коллектору. Положительный потенциал дополнительного источника питания через дополнительное сопротивление подключен к эмиттеру биполярного транзистора. Отрицательный потенциал дополнительного источника питания подключен к базе. База транзистора подключена к положительному потенциалу основного источника питания и к отрицательному потенциалу дополнительного источника питания (Касаткин А.С. Электротехника: учебник для вузов / А.С. Касаткин. - Москва: Энергия, 1974. - С. 268-271).
Однако использование описанного устройства приводит к потреблению большого количества электроэнергии вследствие необходимости применения двух источников питания, в свою очередь усложняющих конструкцию при повышенных ее габаритах.
Представленная полезная модель решает техническую проблему снижения потребления электроэнергии путем уменьшения числа источников питания, что позволяет упростить конструкцию устройства и снизить габариты последнего.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что в независимом полупроводниковом коммутаторе на транзисторе n-p-n типа, содержащем транзистор биполярного типа, соединенный с источником питания и с основным и дополнительным сопротивлениями, согласно полезной модели положительный потенциал независимого источника питания через введенный фотодиод и основное сопротивление подключен к базе биполярного транзистора, в качестве которого использован транзистор n-p-n типа, и через эмиттер данного транзистора подключен к отрицательному потенциалу независимого источника питания. База транзистора через значительно большее дополнительное сопротивление подключена к отрицательному потенциалу независимого источника питания для обеспечения надежности закрытия биполярного транзистора при отсутствии управляющего сигнала на фотодиоде.
Снижение потребления электроэнергии, позволяющее упростить конструкцию устройства и снизить его габариты, обусловлено введением фотодиода, соединенного с основным сопротивлением, при исключении дополнительного источника питания в цепи база-эмиттер.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена схема независимого полупроводникового коммутатора на транзисторе n-p-n типа. Кроме того, на чертеже использованы следующие обозначения:
- Rl, R2 - сопротивления;
- VT1 - транзистор n-p-n типа;
- VD1 - фотодиод;
- Э - эмиттер;
- К - коллектор;
- Б - база;
- «-» - минус постоянного напряжения;
- «+» - плюс постоянного напряжения.
Независимый полупроводниковый коммутатор на транзисторе n-p-n типа содержит транзистор биполярного типа, а именно n-p-n типа, соединенный с независимым источником питания и с основным и дополнительным сопротивлениями. Положительный потенциал независимого источника питания через введенный фотодиод и основное сопротивление подключен к базе биполярного транзистора и через эмиттер данного транзистора подключен к отрицательному потенциалу независимого источника питания. База транзистора через значительно большее дополнительное сопротивление подключена к отрицательному потенциалу независимого источника питания для обеспечения надежности закрытия биполярного транзистора при отсутствии управляющего сигнала на фотодиоде.
Пример выполнения независимого полупроводникового коммутатора на транзисторе n-p-n типа.
Независимый полупроводниковый коммутатор на транзисторе n-p-n типа содержит биполярный транзистор, а именно транзистор 1 (VT1) n-p-n типа с эмиттером 2 (Э), коллектором 3 (К) и базой 4 (Б), соединенный с независимым источником питания, а также с основным сопротивлением 5 (R1) и дополнительным сопротивлением 6 (R2).
Положительный потенциал 7 (Ud) независимого источника питания через введенный фотодиод 8 (D1) и основное сопротивление 5 (R1) подключен к базе 4 (Б) транзистора 1 (VT1) n-p-n типа и через эмиттер 2 (Э) данного транзистора подключен к отрицательному потенциалу 9 (Ud) независимого источника питания. База 4 (Б) транзистора 1 (VT1) n-p-n типа через значительно большее дополнительное сопротивление 6 (R2) подключена к отрицательному потенциалу 9 (Ud) независимого источника питания для обеспечения надежности закрытия транзистора 1 (VT1) при отсутствии управляющего сигнала на фотодиоде 8 (VD1).
Независимый полупроводниковый коммутатор на транзисторе n-p-n типа работает следующим образом.
При подаче напряжения на эмиттер 2 (Э) и коллектор 3 (К), но при закрытом фотодиоде 8 (VD1), отрицательный потенциал 9 (Ud) с эмиттера 2 (Э) подается на базу через дополнительное сопротивление 6 (R2), тем самым закрывая транзистор 1 (VT1). При открытом фотодиоде 8 (VD1) положительный потенциал 7 (Ud) с коллектора 3 (К) передается на базу 4 (Б), а за счет большого сопротивления 6 (R2) потенциал остается на базе 4 (Б), транзистор 1 (VT1) открывается и тогда начинает протекать ток от положительного потенциала 7 (Ud) к отрицательному потенциалу 9 (Ud) независимого источника питания через цепь коллектор 3 (К) - эмиттер 2 (Э).
Таким образом, предложенное устройство способно решить проблему снижения потребления электроэнергии, что позволяет обеспечить его экономичность.