Электронное устройство для защиты от перенапряжений

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИИ

4(У H 02 Н 3/20; 7/" 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-Ъ я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3689053/24-07 (22) 09.01.84 (46) 30.05.85. Бюл. У 20 (.72) A.Н. Игнатов (71) Новосибирский электротехнический институт связи им. Н.Р, Псурцева (53) 621.316.925 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 853735, кл. Н 02 7/20, 198 1.

2. Патент CIIIA Ф 4282556, кл. Н 02 Н 3/22, 1981. (54)(57) ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ, содержащее первый и второй полевые транзисторы с разными типами проводимости каналов, одними выводами подключенные к первому входу защищаемой цепи, отличающееся тем, что, с целью упг >щения и расширения функциональных возможностей путем обеспечения защиты как от

„„SU „„1 l 59102 синфа".ных, так и дифференциальных перенапряжений, в него введены первый и втброй резисторы, а полевые транзисторы выполнены с затвором в виде р-и -перехода, при этом первый резистор включен между первым выводом источника входного сигнала и первым входом защищаемой цепи, к которому подключены стоки первого и второго полевых транзисторов, второй резистор включен между вторым выводом источника входного сигнала и вторым входом защищаемой цепи, к которому подключены истоки упомянутых полевых транзисторов, затвор полевого транзистора с каналом р"типа подключен к выводу источника положительного опорного напряжения, а затвор полевого транзистора -с каналом й-типа подключен к выводу источника отрицательного опорного напряжения.

15910

25

40

1 1

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для защиты транзисторов и интегральных микросхем от перенапряжений.

Известно устройство для защиты операционного усилителя, содержащее два нелинейных элемента и резистор., соединенные с входным и выходным зажимами усилителя, два дополнительных резистора н преобразователь напряжение-ток, вход которого подключен к основному резистору, присоединенному через первый нелинейный элемент к двум выходным зажимам усилителя, первый из которых соединен с первым выходным зажимом преобразователя, второй выходной зажим которого через первый дополнительный резистор соединен с первым входным. зажимом усилителя, а через второй нелинейный элемент - с вторым входным зажимом усилителя, к которому подключен второй допол- нительный резистор P1).

Недостатком этого устройства является его сложность в тех случаях, когда необходимо обеспечить защиту как от син@азных, так и дифференциальных входных перенапряжений, и.низкая надежность.

Наиболее близким техническими решением к данному является электронное устройство для защити о" перенапряжений, содержащее первый и второй полевые транзисторы с разными типами проводимости каналов, одними выводамн подключенные к первому входу защищаемой цепи, кроме того, в устройстве имеются третий и четвертый полевые транзисторы с разными типами проводимости каналов, полевые транзисторы выполнены со структурой ИДП, одна пара последовательно соединенных полевых транзисторов включена между выиодом источника положительного опорного напряжения и первым входом защищаемой цепи, другая пара последовательно соединенных полевых транзисторов включена между выводом источника отрицательного опорного напряжения и тем же входом защищаемой цени, который соединен с выводом источника входного сигнала непосредственно (21.

Недостатком данного устройства являются узкие функциональные возможности: не защищает как от синФазных, так и дифференциальных

2 2 входных перенапряжений, в связи с чем необходимо применять два устройства, одно из которых должно обеспечивать защиту от синфазных, а другое — от дифференциальных перенапряжений, Такое дублирование устройств усложняет защиту от перенапряжений, например, входных цепей операционных усилителей.

Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей путе . обеспечения защиты как от синфазных, тая и дифференциальных перенапряжений.

Цель достигается тем, что в устройство введены первый и второй резисторы, а полевые транзисторы выполнены с затвором в виде р- и -перехода, при этом первый резистор включен между первым выводом источника входного сигнала и первым входом защищаемой цепи, к которому подключены стоки первого и второго полевых транзисторов, второй резистор включен между вторым выводом источника входного сигнала и вторым входом =-ащищаемой цепи, к которому подключены истоки упомянутых полевых транзисторов, затвор полевого транзистора .с каналом р -типа подключен к выходу источника положительного опорного напряжения, а затвор полевого транзистора с каналом и -типа подключен к выводу источника отрицательного опорного напряжения.

На чертеже представлена схема электронного устройства для защиты от перенапряжений.

Устройство для защиты, например, входных цепей операционного усилителя 1 содержит первый 2 и второй 3 полевые транзисторы с разными типами проводимости каналов. Полевые транзисторы 2 и 3 одними выводами подключены к первому входу (инверсному) защищаемой входной цепи операционного усилителя 1. В устройство введены первый 4 и второй 5 резисторы, а полевые транзисторы 2, 3 выполнены с затвором в виде р- и --перехода, при этом первый резистор 4 включен между первым выводом источника входного сигнала и первым входом (инверсным) защищаемой цепи, операционного усилителя 1, к которому подключены стоки первого и второ го полевых транзисторов, второй реА 4 усилителя, мечьше опасных значений.

Пад- . ия напряжения между инвертирующим входом операционного усилителя и общим проводом, между неинвертируюпдм входом операционного усилителя и общим проводом также не превьппают опасных значений.

Это объясняется тем, что аттенюатор, образованный резисторами 4 и 5 и сопротивлениями открытых .переходов канал-затвор, полевых транзисторов, также имеет минимальный коэффициент передачи.

При появлении на входе черезмерных синфаэных напряжений функции элемента защиты выполняет один иэ транзисторов. При положительных йапряжениях И „,значительно превышающих 0 „ „, элементом защиты является транзистор 2, у которого в открытое состояние переходят диоды, образованные участками сток " затвор и исток — затвор.

При отрицательных напряжениях

U», значительно превьппающих

U z,элементом защиты является транзистор 3, у которого в открытое состояние переходят диоды, образованные участками сток — затвор и исток — затвор.

В двух последних случаях избыточное напряжение падает на резисторах 4 и 5, а к дифференциальному входу защищаемого операционного усилителя 1 и участков инвертирующий вход - земля и неинвертирующий вход — земля прикладываются напряжения, не превышающие опасных значений.

Устройство содержит в 2 раза меньше полевых транзисторов защиты, чем прототип. Устройство имеет более широкие функциональные возможности, так как обеспечивает защи.ту от действия черезмерных как синфазных, так и дифференциальных входных напряжений. Чтобы решить такую задачу с помощью устройства-прототипа, потребовалось бы усложнить его схему и использовать 8 полевых транзисторов в качестве элементов защиты.

Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность данного устройства. Оно использовано для защиты входов интегральных операционных усилителей с полевыми

-3 3/591 О эистор 5 включен между втоэ ": вы;;одом источника входного сигнала и вторым входом (нрямьи) защищаемой цепи, операционного усилителя,. к которому подключены истоки укаэанных полевых транзисторов. Затвор полевого транзистора 2 с каналом р -типа подключен к выводу источника положительного опорного напряжения, а затвор полевого транзистора 3 с а ъ каналом -типа подключен rr выводу источника отрицательного опорного напряжения. В устройстве используются два источника опорных напряжений.Опорные напряженияпревышают нормальные значения напряжения входного сигнапа,бп,в частности они могут быть равны напряжениям источников питания защищаемого устройства.

Полярность .опорных напряжений выбирается такой чтобы нри нормальных напряжениях входного сигнала

0 „ оба полевых транзистора находи.лись в закрытом состоянии. Положительное напряжение U p „ прикладывается к затвору р-канального полевого транзистора 2, отрицательное напряжение U p z к затвору и ка нального полевого транзистора 3.

При этом коэффициент передачи аттенюатора, образованного резисторами 4, 5 и каналами транзисторов

2, 3, максимален при высоком входном сопротивлении защищаемого усили. теля, практически равен 1.

Устройство работает следующим образом.

При появлении на входе черезмерных дифференциальных напряжений (Пп„ > U „ или П » (U « z) открываются р-и -переходы (каналзатвор обоих полевых транзисторов) °

Резисторы 4, 5 ограничивают величину прямых токов затвора и предохраняют транзисторы от выхода из строя.

При появлении прямых токов затвора сопротивление каналов полевых транзисторов стремится к своему минимальному значению. В этом случае коэффициент передачи аттенюатора, образованного резисторами 4 и

5 и каналами транзисторов 2 и 3, стремится к минимальному значению (K са 1). Падение напряжений на каналах полевых транзисторов, равное напряжению, прикладываемому к инвертирующему и неинвертирующему входам защищаемого операционного

1159102 транзисторами на входам. Подключение сетевого напряжения к sxony устройства эа«киты (И „ = 220 В) не привело к выходу из строя «а щищаемого операпионного усили теля

Заказ 3602/53

Тираж 620 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауз«ская наб., д, 4/3

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектчая,4

Составитель О. Орлон

Редактор О, Колесникова Техред Л.Коцюбняк Корректор И. Самборская