Независимый полупроводниковый ключ на транзисторе p-n-p типа

Предлагаемая полезная модель относится к полупроводниковым коммутирующим устройствам, а именно к электрическим ключам.
Известен электронный коммутирующий ключ, 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 электронный коммутирующий ключ имеет следующие недостатки: при размыкании электрической цепи возможно возникновение дуги, что требует наличия дугогасящих устройств; малая надежность из-за наличия подвижного контакта; недостаточное быстродействие из-за механического управления.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является полупроводниковый ключ, содержащий транзистор p-n-р типа, соединенный с основным источником питания для пропускания тока по цепи эмиттер-коллектор и с дополнительным резистором, а также связанный с дополнительным источником питания для управления работой ключа по цепи эмиттер-база и с основным резистором. 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. 268-269).
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 ключе на транзисторе p-n-р типа, содержащем транзистор p-n-р типа, соединенный с источником питания цепи эмиттер - коллектор и с основным и дополнительным резисторами, согласно полезной модели база транзистора через введенный фотодиод и основной резистор подключена к минусу независимого источника питания, через эмиттер подключена к плюсу независимого источника питания, а также через дополнительный резистор значительно большего сопротивления подключена к плюсу независимого источника питания для обеспечения надежного закрытия транзистора в момент отсутствия управляющего сигнала по цепи эмиттер - база - фотодиод - основной резистор - минус источника питания.
Снижение потребления электроэнергии, позволяющее упростить конструкцию устройства и снизить его габариты, обусловлено введением фотодиода, соединеного с основным резистором, при исключении дополнительного источника питания в цепи эмиттер-база.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена схема независимого полупроводникового ключа на транзисторе p-n-р типа.
Кроме того, на чертеже используются следующие обозначения:
VT1 - транзистор типа p-n-p
R1, R2 - сопротивления
э - эмиттер
к - коллектор
б - база
VD1 - фотодиод
«-» - минус постоянного напряжения
«+» - плюс постоянного напряжения
Ud - постоянное напряжение.
Независимый полупроводниковый ключ на транзисторе p-n-р типа содержит транзистор p-n-р типа, соединенный с независимым источником питания цепи эмиттер - коллектор и с основным и дополнительным резисторами. База транзистора через введенный фотодиод и основной резистор подключена к минусу независимого источника питания, через эмиттер подключена к плюсу независимого источника питания, а также через дополнительный резистор значительно большего сопротивления подключена к плюсу независимого источника питания для обеспечения надежного закрытия транзистора в момент отсутствия управляющего сигнала по цепи эмиттер - база - фотодиод - основной резистор - минус источника питания.
Пример выполнения устройства.
Независимый полупроводниковый ключ на транзисторе p-n-р содержит транзистор p-n-р типа 1 (VT1) с эмиттером 2 (э), коллектором 3 (к) и базой 4 (б), соединенный с независимым источником питания, а также с основным резистором 5 (R1) и дополнительным резистором 6 (R2).
База 4 (б) транзистора p-n-p типа 1 (VT1) через введенный фотодиод 7 (VD1) и основной резистор 5 (R1) подключена к минусу 8 (Ud) источника питания, через эмиттер 2 (э) подключена к плюсу 9 (Ud) источника питания, а также через дополнительный резистор 6 (R2) значительно большего сопротивления подключена к плюсу 9 (Ud) независимого источника питания для обеспечения надежного закрытия транзистора в момент отсутствия управляющего сигнала по цепи эмиттер 2 (э) - база 4 (б) - фотодиод 7 (VD1) - основной резистор 5 (R1) - минус 8 (Ud) источника питания.
Независимый полупроводниковый ключ на транзисторе p-n-p типа работает следующим образом.
При подаче напряжения на эмиттер 2 (э) - коллектор 3 (к), на закрытом фотодиоде 7 (VD1) положительный потенциал через резистор 5 (R1) с эмиттера 2 (э) подается на базу 4 (б), тем самым закрывая транзистор 1 (VT1). Но при открытом фотодиоде 7 (VD1) потенциал с эмиттера 2 (э) передается на базу 4 (б), а за счет большего сопротивления, которым обладает резистор 6 (R2), потенциал остается на базе 4 (б), и транзистор 1 (VT1) открывается, тогда начинает протекать ток от плюса 9 (Ud) источника питания к минусу 8 (Ud) источника питания по цепи эмиттер 2 (э) - коллектор 3 (к).
Таким образом, предлагаемое устройство способно решить проблему снижения потребления электроэнергии путем исключения дополнительного изолированного источника питания, за счет чего происходит упрощение конструкции независимого полупроводникового ключа на транзисторе p-n-р типа и снижение его стоимости.