Комутатор сигналів змінного струму

млк 6 //озк /?/бО Комутатор сигналів змінного струму Винахід належить до радіоелектроніки та може використовуватись у пристріях автоматики та вимірювальної техніки. Існує відомий пристрій (див. а. с. СРСР №1127092, кл. НОЗК17/60), який містить N транзисторних ключів, N-1 діодів, резистор, перемикач та у кожному транзисторному ключі: транзистор, перший та другий резистори, перший та другий конденсатори, при цьому в кожному транзисторному ключі вихідна шина за допомогою першого конденсатора з'єднана з базою транзистора та першим вивфюм першого резистора, другий вивід якого з'єднай з колектором транзистора та за допомогою паралельно з'єднаних другого резистора та другого конденсатора підключен до спільної шини, емітер транзистора кожного транзисторного ключа за допомогою діода підключен до емітера послідовного транзистора ключа, а рухомий контакт з'єднай з шиною керування, емітери транзисторів кожного транзисторного ключа за допомогою діода підключені до вихідної шини. Недолік цього пристрою - низький ККД. Найбільш близьким до передбачуваного винаходу є пристрій (див. патент Японії №55-13602, кл. HO3F 3/343), який містить перший p-n-р транзистор, другий, третій, четвертий та N-й п-р-п транзистори, діод, вхідну шину, першу, другу та N-1 вихідні шини, шини першого та другого джерел живлення та спільну шину, перший транзистор містить перший, другий, третій, четвертий та N-й колектори, які підключені до баз відповідно другого, третього, четвертого та N-ro транзисторів, емітер першого транзистора та колектор другого транзистора з'єднані з шиною першого джерела живлення, база першого транзистора за допомогою діода підключена до вхідної шини та емітера другого транзистора, колектори третього, четвертого та N-ro транзисторів з'єднані з шиною другого джерела живлення, а емітери ціх транзисторів підключені відповідно до першої, другої та N-1 вихідних шин. Недолік цього пристрою - низький ККД. Ознаками прототипу, які збіжні з суттєвими ознаками заявляемого винаходу є перший p-n-р транзистор, другий, третій та N-й п-р-п транзистори, перший діод, вхідна шина, перша, друга та N-1 вихідні шини, шина джерела живлення та спільна шина, база першого транзистора з'єднана з анодом першого діода, колектори другого, третього та N-ro транзисторів підключені до шини джерела живлення, а емітери ціх транзисторів з'єднані відповідно з першою, другою та N-1 вихіднимі шинами. Причиною, яка перешкоджує одержанню бажанного результату високого ККД є відсутність доповнюючих активних та пасивних елементів, з'єднаних з іншими елементами пристрію певними схемотехнічними рішеннями. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрію таким чином, щоб за допомогою впровадження доповнюючих активних та пасивних елементів і відповідаючих схемотехнічних способів добитися високого ККД шляхом зменшення струму, який споживає пристрій при зменшенні амплітуди вхідних сигналів. Поставлене завдання вирішується таким чином, що комутатор сигналів змінного струму містить N транзисторів із яких перший p-n-р транзистор має N1 емітерів, другий, третій, та N-й п-р-п транзистори, перший та другий діоди, резистор, конденсатор, перемикач на N-1 становищ, вхідну шину, першу, другу та N-1 вихідні шини, шину джерела живлення та спільну шину, колектори першого, другого, третього та N-ro транзисторів підключені до шини джерела живлення, база першого транзистора за допомогою послідовно з'єднаних першого та другого діодів з'єднана з спільною шиною, а за допомогою резистора підключена до шини джерела живлення, емітери другого, третього та Н-го транзисторів з'єднані відповідно з першою, другою та N-1 вихідними шинами, а бази ціх транзисторів підключені відповідно до першого, другого та N-1 емітерів першого транзистора, рухомий контакт перемикача за допомогою конденсатора з'єднай з вхідною шиною, а перший, другий та N-1 нерухомі контакти цього перемикача підключені до баз відповідно другого, третього та N-ro транзисторів. Комутатор сигналів змінного струму відрізняєтся від прототипу тим, що в нього впроваджені резистор, конденсатор, другий діод, перемикач на N-1 становищ, а в перший транзистор впроваджені другий, третій та N-2 додаткові емітери, при цьому колектор першого транзистора безпосередньо, а база за допомогою резистора з'єднані з шиною джерела живлення, катод першого діода підключен до анода другого діода, катод якого з'єднай з спільною шиною, перший, другий та N-1 емітери першого транзистора підключені до баз відповідно другого, третього та N-ro транзисторів, рухомий контакт перемикача за допомогою конденсатора з'єднай з вхідною шиною, а перший, другий та N-1 нерухомі контакти цього перемикача підключені до баз відповідно другого, третього та N-ro транзисторів. Доказом наявності причинно-наслідкового зв'язку між сукупністю суттєвих ознак винахіду й технічним результатом є та обставина, що технічний результат - високий ККД - може бути досягнутим тількі при використовуванні всієї сукупності суттєвих ознак винаходу. У видсутності в технічному рішенні хоч би однієї суттєвої ознаки технічний результат не досягається. На креслешй^зображена схема комутатора сигналів змінного струму. Комутатор сигналів змінного струму містить транзистори 1..N, із яких перший 1 p-n-р транзистор має N-1 емітерів, другий 2, третій 3, та N-й п-р-п транзистори, перший 4 та другий 5 діоди, резистор 6, конденсатор 7, перемикач 8 на N-1 становищ, вхідну шину 9, першу 10, другу 11 та N-1 вихідні шини, шину 12 джерела живлення та спільну шину 13, колектори першого 1, другого 2, третього 3 та N-ro транзисторів підключені до шини 12 джерела живлення, база першого 1 транзистора за допомогою послідовно з'єднаних першого 4 та другого 5 діодів з'єднана з спільною шиною 13, а за допомогою резистора 6 підключена до шини 12 джерела живлення, емітери другого 2, третього 3, та N з го транзисторів з'єднані відповідно з першою 10, другою 11 та N-1 вихідними шинами, а бази ціх транзисторів підключені відповідно до першого, другого та N-1 емітерів першого 1 транзистора, рухомий контакт перемикача 8 за допомогою конденсатора 7 з'єднай з вхідною шиною 9, а перший, другий та N1 нерухомиі контакти цього перемикача підключені до баз відповідно другого 2, третього 3 та N-ro транзисторів. Комутатор сигналів змінного струму працює таким чином: У відсутності сигнала на вхіддій шині 9 струм від джерела живлення тече по ланцюгу: шина 12, резистор 6, діоди 4, 5, шина 13 та створює на базі транзистора 1 напругу зміщення, яка відкриває цій транзистор. Струм емітерів транзистора 1 зміщує емітерні переходи транзисторів 2.. N у прямому напрямку. Припускаємо, що рухомий контакт перемикача 8 установлен у крайнє верхнє становище (див. креслення) та розглянемо роботу транзисторів 1 та 2. Послідовно з'єднані діоди 4, 5 та емітерні переходи транзисторів 1, 2 з резистором навантаження, який включен в ланцюг емітера транзистора 2, складають плечі мосту. Діоди 4, 5 виготовлені у вигляді транзисторів, у яких база з'єднана з колектором. Струм від джерела живлення, який визначається розміром резистора 6, протікає по двом паралельним віткам: діодам 4, 5 та емітерним переходам транзисторів 1, 2 спільно з резистором навантаження. Так як до колекторів транзисторів 1 та 2 прикладається напруга джерела живлення, а колектори транзисторів у діодному включенні підключені до баз, то за рахунок різниці їх вхідних характеристик, основна частина струму протікає скрізь діоди 4, 5. (due. Степаненко И. Г. "Основы теории транзисторов и транзисторных схем" изд. 3., М.,: Энергия, 1973, с. 200, фиг. 4.216) Тому більша частина струму буде текти скрізь діоди 4 та 5. В наслідок цього в базові ланцюги транзисторів 1, 2 втікає значно меньша частина струму. Тому колекторний струм транзисторів 1, 2 буде також незначним. Конденсатор 7 заряджується по ланцюгу: шина 12, резистор 6, емітер ний перехід транзистора 1, конденсатор 7, шина 9, внутрішній опір джерела сигналів, шина 13. При цьому права обкладка конденсатора 7 (по схемі) заряджується позитивно, а ліва - негативно. Цей заряд дуже мал и не спричиняє зміщення робонрї крапки транзистора 2. Коли на шину 9 подається негативна напівхвиля вхідного синусоїдального сигналу базовй та емітер ний струм транзистора 2 зменьшуються і на шині 10 формується негативна напівхвиля вихідного сигналу. Конденсатор 7 на цей час додатково заряджується в рахунок різниці потенциалів, виникаючих між першим емітером транзистора 1 та негативною напівхвилею вхідного сигналу. Чем більш амплітуда негативної напівхвилі, тим більш різниця потенциалів прикладається до обкладок конденсатора 7. Час зарядження конденсатора 7 обумовлен внутрішнім опіром транзистора 1 і дорівнює (при умові, що внутрішнім опіром джерела сигналів можно зневажати). RmCj (I) де т3ар - нас зарядження конденсатора 7; RJTI — внутрішній опір транзистора 1; С7 - ємкість конденсатора 7. Під час прибуття позитивної напівхвилі вхідного синусоїдального сигналу на шину 9 базовий та емітер ний струм транзистора 2 зростають і на шині 10 форм ується позитивна напівхвиля вихідного струму. При цьому конденсатор 7 розряджується по ланцюгу: емітерний перехід транзистора 2, резистор навантаження, шина 13. Час розрядження конденсатора 7 дорівнює: де Тразр^^вхпСі (2) 1^x2 - вхідний опір транзистора 2; Вхідний опір транзистора 2 значно більший, ніж внутрішній опір транзистора 1, тому час зарядження конденсатора 7 значно меньший, ніж час його розрядження: ^зар ^ ^ ^разр (-V 8 наслідок цього, під час роботи пристрію в динамичному режимі на конденсаторі 7 накопичується заряд, який виявляється напругою зміщення для транзистора 2. Розмір цього заряду виявляється як функція амплітуди вхідного сигналу. ККД запропанованого комутатора сигналів змінного струму вищий, ніж у відомих за рахунок того, що зменьшується струм споживаня при зменьшенні амплітуди вхідних сигналів. КОМУТАТОР СИГНАЛІВ ЗМІННОГО СТРУМУ 12 0 13 4 10 5 V •—ол/11 0 o-o 7 1 ♦—О 8 С 2. Автор: ТКАЧОВ АЛ . -^--«ffl