JPH06268498A - 光結合型半導体リレー - Google Patents
光結合型半導体リレーInfo
- Publication number
- JPH06268498A JPH06268498A JP5438293A JP5438293A JPH06268498A JP H06268498 A JPH06268498 A JP H06268498A JP 5438293 A JP5438293 A JP 5438293A JP 5438293 A JP5438293 A JP 5438293A JP H06268498 A JPH06268498 A JP H06268498A
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- JP
- Japan
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- gate
- normally
- optically coupled
- electrostatic induction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光感度が良く、dV/dt耐量の大きい光結合
型半導体リレーを提供する。また、交流制御に適したゼ
ロクロス点弧機能を持たせる。 【構成】入力端子1,2に接続されたLED3と、前記
LED3に光学的に結合されて電気的には絶縁されてお
り、前記LED3による光照射によりオン、オフされる
出力側半導体素子とを有する光結合型半導体リレーにお
いて、2個のノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,
5を出力端子10,11の間に逆並列に接続して用い
る。また、好ましくは、前記ノーマリーオフ型静電誘導
サイリスタ4,5のゲート・カソード間にはゼロクロス
回路を形成する。
型半導体リレーを提供する。また、交流制御に適したゼ
ロクロス点弧機能を持たせる。 【構成】入力端子1,2に接続されたLED3と、前記
LED3に光学的に結合されて電気的には絶縁されてお
り、前記LED3による光照射によりオン、オフされる
出力側半導体素子とを有する光結合型半導体リレーにお
いて、2個のノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,
5を出力端子10,11の間に逆並列に接続して用い
る。また、好ましくは、前記ノーマリーオフ型静電誘導
サイリスタ4,5のゲート・カソード間にはゼロクロス
回路を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光結合型半導体リレー
に関するものであり、主として交流制御用の固体リレー
として利用されるものである。
に関するものであり、主として交流制御用の固体リレー
として利用されるものである。
【0002】
【従来の技術】図2は従来のサイリスタを用いた光結合
型半導体リレーの従来例(特開昭59−151463号
公報参照)を示している。入力端子1,2に接続された
LED3から放射された光信号は、出力端子10,11
に逆並列接続されたサイリスタ24,25により受光さ
れる。入力側のLED3より光照射されると、サイリス
タ24,25のPゲート(カソード側ゲート)とNゲー
ト(アノード側ゲート)のPN接合で発生する電子−正
孔対が光励起電流となってゲート−カソード間抵抗を流
れて、バイアス電圧を生じさせる。ゲート−カソード間
電圧が0.7V近くになるとカソードN領域、Pゲート
領域、Nゲート領域で構成されるNPNトランジスタの
ベース電流としてゲート電流が流れ、サイリスタは導通
状態になる。通常の光点弧サイリスタでは、出力端子1
0,11に印加される電圧が高い時に光照射があってサ
イリスタがオンすると、電磁妨害を生じさせる電磁波が
発生するので、出力端子10,11に印加される電圧が
低い時にサイリスタがオンするように、ゼロクロス回路
が形成されている。すなわち、出力端子10,11に印
加される電圧は、MOSFET22,23のゲート・ソ
ース間容量20,21とキャパシタ26,27により分
圧されて、それぞれMOSFET22,23のゲート・
ソース間に印加される。各MOSFET22,23のゲ
ート・ソース間には、それぞれ保護ダイオード28,2
9が図示された極性で接続されている。各MOSFET
22,23は、それぞれ抵抗14,15と共にサイリス
タ24,25のゲート・カソード間に接続されている。
出力端子10,11に印加される電圧が所定値以上のと
きには、サイリスタ24,25はオンしない。
型半導体リレーの従来例(特開昭59−151463号
公報参照)を示している。入力端子1,2に接続された
LED3から放射された光信号は、出力端子10,11
に逆並列接続されたサイリスタ24,25により受光さ
れる。入力側のLED3より光照射されると、サイリス
タ24,25のPゲート(カソード側ゲート)とNゲー
ト(アノード側ゲート)のPN接合で発生する電子−正
孔対が光励起電流となってゲート−カソード間抵抗を流
れて、バイアス電圧を生じさせる。ゲート−カソード間
電圧が0.7V近くになるとカソードN領域、Pゲート
領域、Nゲート領域で構成されるNPNトランジスタの
ベース電流としてゲート電流が流れ、サイリスタは導通
状態になる。通常の光点弧サイリスタでは、出力端子1
0,11に印加される電圧が高い時に光照射があってサ
イリスタがオンすると、電磁妨害を生じさせる電磁波が
発生するので、出力端子10,11に印加される電圧が
低い時にサイリスタがオンするように、ゼロクロス回路
が形成されている。すなわち、出力端子10,11に印
加される電圧は、MOSFET22,23のゲート・ソ
ース間容量20,21とキャパシタ26,27により分
圧されて、それぞれMOSFET22,23のゲート・
ソース間に印加される。各MOSFET22,23のゲ
ート・ソース間には、それぞれ保護ダイオード28,2
9が図示された極性で接続されている。各MOSFET
22,23は、それぞれ抵抗14,15と共にサイリス
タ24,25のゲート・カソード間に接続されている。
出力端子10,11に印加される電圧が所定値以上のと
きには、サイリスタ24,25はオンしない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
PNPN構造のサイリスタでは、光感度はサイリスタの
等価回路のNPNトランジスタの電流増幅率αとゲート
−カソード間抵抗Rgkに依存しており、これらのα又
はRgkを大きくすると感度が良くなるが、出力端子に
印加される急峻な電圧変化(dV/dt)に対する誤動
作を発生するようになるという問題を招いていた。
PNPN構造のサイリスタでは、光感度はサイリスタの
等価回路のNPNトランジスタの電流増幅率αとゲート
−カソード間抵抗Rgkに依存しており、これらのα又
はRgkを大きくすると感度が良くなるが、出力端子に
印加される急峻な電圧変化(dV/dt)に対する誤動
作を発生するようになるという問題を招いていた。
【0004】本発明は上述のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、光感度が良く、
dV/dt耐量の大きい光結合型半導体リレーを提供す
ることにある。
ものであり、その目的とするところは、光感度が良く、
dV/dt耐量の大きい光結合型半導体リレーを提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
の課題を解決するために、図1に示すように、入力端子
1,2に接続されたLED3と、前記LED3に光学的
に結合されて電気的には絶縁されており、前記LED3
による光照射によりオン、オフされる出力側半導体素子
とを有する光結合型半導体リレーにおいて、出力側半導
体素子としてノーマリーオフ型静電誘導サイリスタを用
いることを特徴とするものであり、好ましくは、2個の
ノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5を出力端子
10,11の間に逆並列に接続して用いるものである。
また、前記ノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5
のゲート・カソード間にはゼロクロス回路が形成される
ことが好ましく、このゼロクロス回路は、前記ノーマリ
ーオフ型静電誘導サイリスタ4,5のゲート・カソード
間に接続される抵抗14,15、前記ノーマリーオフ型
静電誘導サイリスタ4,5のゲート・カソード間に接続
されるエンハンスメント型絶縁ゲート型トランジスタ1
2,13、前記絶縁ゲート型トランジスタ12,13の
ゲート・ソース間に接続される保護ダイオード18,1
9、前記絶縁ゲート型トランジスタ12,13のゲート
と前記ノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5のア
ノード側ゲートの間に接続されるアノード電位センスダ
イオード16,17より構成され、前記絶縁ゲート型ト
ランジスタ12,13のソースは、前記ノーマリーオフ
型静電誘導サイリスタ4,5のカソードに、前記絶縁ゲ
ート型トランジスタ12,13のドレインは、前記ノー
マリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5のゲートに、前
記絶縁ゲート型トランジスタ12,13のゲートは、前
記保護ダイオード18,19のアノードに、前記アノー
ド電位センスダイオード16,17のカソードは前記絶
縁ゲート型トランジスタ12,13のゲートに接続され
るものである。
の課題を解決するために、図1に示すように、入力端子
1,2に接続されたLED3と、前記LED3に光学的
に結合されて電気的には絶縁されており、前記LED3
による光照射によりオン、オフされる出力側半導体素子
とを有する光結合型半導体リレーにおいて、出力側半導
体素子としてノーマリーオフ型静電誘導サイリスタを用
いることを特徴とするものであり、好ましくは、2個の
ノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5を出力端子
10,11の間に逆並列に接続して用いるものである。
また、前記ノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5
のゲート・カソード間にはゼロクロス回路が形成される
ことが好ましく、このゼロクロス回路は、前記ノーマリ
ーオフ型静電誘導サイリスタ4,5のゲート・カソード
間に接続される抵抗14,15、前記ノーマリーオフ型
静電誘導サイリスタ4,5のゲート・カソード間に接続
されるエンハンスメント型絶縁ゲート型トランジスタ1
2,13、前記絶縁ゲート型トランジスタ12,13の
ゲート・ソース間に接続される保護ダイオード18,1
9、前記絶縁ゲート型トランジスタ12,13のゲート
と前記ノーマリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5のア
ノード側ゲートの間に接続されるアノード電位センスダ
イオード16,17より構成され、前記絶縁ゲート型ト
ランジスタ12,13のソースは、前記ノーマリーオフ
型静電誘導サイリスタ4,5のカソードに、前記絶縁ゲ
ート型トランジスタ12,13のドレインは、前記ノー
マリーオフ型静電誘導サイリスタ4,5のゲートに、前
記絶縁ゲート型トランジスタ12,13のゲートは、前
記保護ダイオード18,19のアノードに、前記アノー
ド電位センスダイオード16,17のカソードは前記絶
縁ゲート型トランジスタ12,13のゲートに接続され
るものである。
【0006】
【作用】本発明では、光結合型半導体リレーの出力側半
導体素子としてノーマリーオフ型静電誘導サイリスタを
用いるため、従来のPNPNサイリスタの等価回路にお
けるNPNトランジスタは、ノーマリーオフ型静電誘導
サイリスタではバイポーラモードNチャネル静電誘導ト
ランジスタとして動作するため、通常のNPNトランジ
スタよりも実効的な電流増幅率αが大きくなるととも
に、等価回路でのNPNトランジスタのP型ベースが微
細加工されてN型エミッタ(サイリスタのカソード)の
周囲に配置されているため、ベース電位の変化が即座に
かつ空間的均一に及ぶので光感度を良くするとともにd
V/dt耐量を大きくすることができる。
導体素子としてノーマリーオフ型静電誘導サイリスタを
用いるため、従来のPNPNサイリスタの等価回路にお
けるNPNトランジスタは、ノーマリーオフ型静電誘導
サイリスタではバイポーラモードNチャネル静電誘導ト
ランジスタとして動作するため、通常のNPNトランジ
スタよりも実効的な電流増幅率αが大きくなるととも
に、等価回路でのNPNトランジスタのP型ベースが微
細加工されてN型エミッタ(サイリスタのカソード)の
周囲に配置されているため、ベース電位の変化が即座に
かつ空間的均一に及ぶので光感度を良くするとともにd
V/dt耐量を大きくすることができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいてさ
らに詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示して
いる。特公昭57−9226号公報に詳細に記載されて
いるように、静電誘導サイリスタでは、少なくとも1個
以上のベース領域を一方向に複数本配列して形成する
か、それを合成したような網目状などに配列して形成す
るか、あるいは平板状の部分にそれより低抵抗の部分を
網目状もしくは線状に設け形成するかにより、いずれの
場合も従来のPNPNサイリスタよりもベース抵抗が小
さいので、ゲート電圧を印加したときに瞬時にベース全
体の広い面積が制御でき、熱損が少ないので非常に優れ
たスイッチ特性を示し、スイッチオン、オフが瞬時に行
えるので、そのスイッチ時間は従来のものの1/10程
度以下に短縮可能であるという特徴を有している。本発
明では上記のような優れた特徴を有する静電誘導サイリ
スタのうち、ゲート電圧がゼロの場合は電流がほとんど
流れないノーマリーオフ型を出力側素子として用いる。
らに詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示して
いる。特公昭57−9226号公報に詳細に記載されて
いるように、静電誘導サイリスタでは、少なくとも1個
以上のベース領域を一方向に複数本配列して形成する
か、それを合成したような網目状などに配列して形成す
るか、あるいは平板状の部分にそれより低抵抗の部分を
網目状もしくは線状に設け形成するかにより、いずれの
場合も従来のPNPNサイリスタよりもベース抵抗が小
さいので、ゲート電圧を印加したときに瞬時にベース全
体の広い面積が制御でき、熱損が少ないので非常に優れ
たスイッチ特性を示し、スイッチオン、オフが瞬時に行
えるので、そのスイッチ時間は従来のものの1/10程
度以下に短縮可能であるという特徴を有している。本発
明では上記のような優れた特徴を有する静電誘導サイリ
スタのうち、ゲート電圧がゼロの場合は電流がほとんど
流れないノーマリーオフ型を出力側素子として用いる。
【0008】図1には静電誘導サイリスタ4,5を等価
回路で示した。静電誘導サイリスタ4,5はノーマリー
オフ型のNチャネル静電誘導トランジスタ7,8と従来
の接合型PNPトランジスタ6,9で表される。ノーマ
リーオフ型のNチャネル静電誘導トランジスタはゲート
電圧がゼロのとき電流はほとんど流れず、ゲートに順方
向電圧を加えたとき電流が流れてオンの状態になる。ノ
ーマリーオフ型の静電誘導トランジスタのゲート電圧を
高くすると指数関数則にしたがってドレイン電流が増大
する。ゲート電圧がおよそ0.7V近くになるとゲート
領域からの少数キャリアの注入が盛んになってゲート電
流が流れる。このような状態はバイポーラトランジスタ
の動作と同じなのでバイポーラモードと呼ばれている。
バイポーラモード静電誘導トランジスタでは、ドレイン
電圧が10mVあるいはそれ以下の電圧で指数関数則に
比べてはるかに急峻にドレイン電流が増大し、大きな電
流に達して飽和する。
回路で示した。静電誘導サイリスタ4,5はノーマリー
オフ型のNチャネル静電誘導トランジスタ7,8と従来
の接合型PNPトランジスタ6,9で表される。ノーマ
リーオフ型のNチャネル静電誘導トランジスタはゲート
電圧がゼロのとき電流はほとんど流れず、ゲートに順方
向電圧を加えたとき電流が流れてオンの状態になる。ノ
ーマリーオフ型の静電誘導トランジスタのゲート電圧を
高くすると指数関数則にしたがってドレイン電流が増大
する。ゲート電圧がおよそ0.7V近くになるとゲート
領域からの少数キャリアの注入が盛んになってゲート電
流が流れる。このような状態はバイポーラトランジスタ
の動作と同じなのでバイポーラモードと呼ばれている。
バイポーラモード静電誘導トランジスタでは、ドレイン
電圧が10mVあるいはそれ以下の電圧で指数関数則に
比べてはるかに急峻にドレイン電流が増大し、大きな電
流に達して飽和する。
【0009】本発明では入力側LEDからの光照射によ
り発生した光励起電流がゲート−カソード間抵抗に流れ
てノーマリーオフ型のNチャネル静電誘導トランジスタ
のゲート−ソース間に順方向電圧を発生させる。ゲート
−ソース間電圧がおよそ0.7V近くになるとゲート電
流が流れてバイポーラモードの動作となり、静電誘導サ
イリスタがオンする。従来の光点弧サイリスタでは、ゲ
ート−カソード間に数10kΩから数100kΩの抵抗
を接続して光励起電流をバイパスしてNPNトランジス
タのベース電流を流さないようにして実効的な電流増幅
率αを低い値にしてサイリスタの導通を防止し、dV/
dt耐量を大きくしている。dV/dtで発生する変位
電流はサイリスタのPゲートとNゲートで形成されるP
N接合容量CjとdV/dtの積で表されるが、本発明
ではNPNトランジスタの代わりにノーマリーオフ型N
チャネル静電誘導トランジスタを用いているので、PN
接合容量Cjが小さくなるため、dV/dtで発生する
変位電流による誤動作を抑制することができる。さらに
バイポーラモードでの動作では、実効的な電流増幅率α
が大きくできるので、光感度も大きくすることが可能で
ある。
り発生した光励起電流がゲート−カソード間抵抗に流れ
てノーマリーオフ型のNチャネル静電誘導トランジスタ
のゲート−ソース間に順方向電圧を発生させる。ゲート
−ソース間電圧がおよそ0.7V近くになるとゲート電
流が流れてバイポーラモードの動作となり、静電誘導サ
イリスタがオンする。従来の光点弧サイリスタでは、ゲ
ート−カソード間に数10kΩから数100kΩの抵抗
を接続して光励起電流をバイパスしてNPNトランジス
タのベース電流を流さないようにして実効的な電流増幅
率αを低い値にしてサイリスタの導通を防止し、dV/
dt耐量を大きくしている。dV/dtで発生する変位
電流はサイリスタのPゲートとNゲートで形成されるP
N接合容量CjとdV/dtの積で表されるが、本発明
ではNPNトランジスタの代わりにノーマリーオフ型N
チャネル静電誘導トランジスタを用いているので、PN
接合容量Cjが小さくなるため、dV/dtで発生する
変位電流による誤動作を抑制することができる。さらに
バイポーラモードでの動作では、実効的な電流増幅率α
が大きくできるので、光感度も大きくすることが可能で
ある。
【0010】
【発明の効果】請求項1記載の発明では、出力側半導体
素子として静電誘導サイリスタを用いることとしたか
ら、光感度が良く、dV/dt耐量も大きい光結合型半
導体リレーを実現することが可能となる。また、請求項
2記載の発明では、さらに交流制御を実現することが可
能となり、請求項3又は4記載の発明では、ゼロクロス
回路の付加により交流電圧のゼロクロス近傍での点弧が
可能となり、電磁妨害を低減できる。
素子として静電誘導サイリスタを用いることとしたか
ら、光感度が良く、dV/dt耐量も大きい光結合型半
導体リレーを実現することが可能となる。また、請求項
2記載の発明では、さらに交流制御を実現することが可
能となり、請求項3又は4記載の発明では、ゼロクロス
回路の付加により交流電圧のゼロクロス近傍での点弧が
可能となり、電磁妨害を低減できる。
【図1】本発明の一実施例の回路図である。
【図2】従来例の回路図である。
1,2 入力端子 3 LED 4,5 静電誘導サイリスタ 6,9 PNPトランジスタ 7,8 Nチャンネル静電誘導トランジスタ 10,11 出力端子 12,13 絶縁ゲート型トランジスタ 14,15 ゲート・カソード間抵抗 16,17 アノード電位センスダイオード 18,19 保護ダイオード
Claims (4)
- 【請求項1】 入力端子を有するLEDと、前記LE
Dに光学的に結合されて電気的には絶縁されており、前
記LEDによる光照射によりオン、オフされる出力側半
導体素子とを有する光結合型半導体リレーにおいて、出
力側半導体素子としてノーマリーオフ型静電誘導サイリ
スタを用いることを特徴とする光結合型半導体リレー。 - 【請求項2】 請求項1記載のリレーにおいて、前記
出力側半導体素子として2個のノーマリーオフ型静電誘
導サイリスタを逆並列に接続して用いることを特徴とす
る光結合型半導体リレー。 - 【請求項3】 請求項2記載のリレーにおいて、前記
ノーマリーオフ型静電誘導サイリスタのゲート・カソー
ド間にはゼロクロス回路が形成されることを特徴とする
光結合型半導体リレー。 - 【請求項4】 請求項3記載のリレーにおいて、前記
ゼロクロス回路は、前記ノーマリーオフ型静電誘導サイ
リスタのゲート・カソード間に接続される抵抗、前記ノ
ーマリーオフ型静電誘導サイリスタのゲート・カソード
間に接続されるエンハンスメント型絶縁ゲート型トラン
ジスタ、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート・ソー
ス間に接続される保護ダイオード、前記絶縁ゲート型ト
ランジスタのゲートと前記ノーマリーオフ型静電誘導サ
イリスタのアノード側ゲートの間に接続されるアノード
電位センスダイオードより構成され、前記絶縁ゲート型
トランジスタのソースは、前記ノーマリーオフ型静電誘
導サイリスタのカソードに、前記絶縁ゲート型トランジ
スタのドレインは、前記ノーマリーオフ型静電誘導サイ
リスタのゲートに、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲ
ートは、前記保護ダイオードのアノードに、前記アノー
ド電位センスダイオードのカソードは前記絶縁ゲート型
トランジスタのゲートに接続されることを特徴とする光
結合型半導体リレー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5438293A JPH06268498A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 光結合型半導体リレー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5438293A JPH06268498A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 光結合型半導体リレー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268498A true JPH06268498A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12969141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5438293A Pending JPH06268498A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 光結合型半導体リレー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06268498A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999022382A1 (fr) * | 1997-10-24 | 1999-05-06 | Takashi Suzuki | Equipement electrique et electronique |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5438293A patent/JPH06268498A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999022382A1 (fr) * | 1997-10-24 | 1999-05-06 | Takashi Suzuki | Equipement electrique et electronique |
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