JPS6119142B2 - - Google Patents
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- JPS6119142B2 JPS6119142B2 JP4727178A JP4727178A JPS6119142B2 JP S6119142 B2 JPS6119142 B2 JP S6119142B2 JP 4727178 A JP4727178 A JP 4727178A JP 4727178 A JP4727178 A JP 4727178A JP S6119142 B2 JPS6119142 B2 JP S6119142B2
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- thyristor
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/72—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region
- H03K17/725—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices having more than two PN junctions; having more than three electrodes; having more than one electrode connected to the same conductivity region for AC voltages or currents
Landscapes
- Thyristor Switches And Gates (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は交流信号を瞬断なく通過させることの
できる双方向半導体スイツチに関する。
できる双方向半導体スイツチに関する。
従来、双方向半導体スイツチの一例として特公
昭52−50673号が提案されている。これは、カソ
ードゲート駆動サイリスタとアノードゲート駆動
サイリスタを並列接続したものを2組逆並列接続
するか、あるいは第1図に示すようにカソードゲ
ートとアノードゲートを備えた4端子サイリスタ
3を逆並列接続して双方向性スイツチ構成し、負
荷2が容量性ないし誘導性である場合信号源1よ
りの交流信号を瞬断なく通過させるためにPゲー
ト駆動回路4またはNゲート駆動回路5の少なく
とも一方より信号を通過させようとする間中ゲー
ト電流が供給されるものである。ところがこのゲ
ート電流は負荷、または電源を帰路として使用す
るため、実質的に負荷側で再現される信号にはゲ
ート電流分が重畳しておりこの電流をむやみに大
きくすることは信号の忠実性を損なうことにな
る。そこでこの電流を必要最小限とするようにP
ゲート駆動回路、Nゲート駆動回路の出力電流が
決定され、また4端子サイリスタもゲート感度の
高いものを使用する必要があつた。
昭52−50673号が提案されている。これは、カソ
ードゲート駆動サイリスタとアノードゲート駆動
サイリスタを並列接続したものを2組逆並列接続
するか、あるいは第1図に示すようにカソードゲ
ートとアノードゲートを備えた4端子サイリスタ
3を逆並列接続して双方向性スイツチ構成し、負
荷2が容量性ないし誘導性である場合信号源1よ
りの交流信号を瞬断なく通過させるためにPゲー
ト駆動回路4またはNゲート駆動回路5の少なく
とも一方より信号を通過させようとする間中ゲー
ト電流が供給されるものである。ところがこのゲ
ート電流は負荷、または電源を帰路として使用す
るため、実質的に負荷側で再現される信号にはゲ
ート電流分が重畳しておりこの電流をむやみに大
きくすることは信号の忠実性を損なうことにな
る。そこでこの電流を必要最小限とするようにP
ゲート駆動回路、Nゲート駆動回路の出力電流が
決定され、また4端子サイリスタもゲート感度の
高いものを使用する必要があつた。
一方、サイリスタは臨界上昇率又はdv/dt耐
と呼ばれる特有な性質を有している。これは急峻
な印加電圧に対するサイリスタの誤動作耐量であ
り一般的にゲート感度と相反する性質を持つ。す
なわちdv/dt耐量の向上はゲート感度を犠性に
して第2図に示した様にサイリスタ20のゲート
21とカソード22の間に抵抗RGKを挿入するこ
とにより行なわれるのが一般的であり、その抵抗
値は1KΩ以上の値が多く用いられる。そのため
このときのdv/dt耐量は数10V/μSとなつてい
た。しかるに第1図に示した双方向スイツチでは
小さな抵抗値をもつゲート・カソード間抵抗RGK
の挿入によるゲート電流増分が信号路に流入し信
号の忠実性を損なうことになり望ましくない。そ
こでdv/dt効果抑制のため、第3図に示すよう
な付加回路30を設けゲート感度を悪化させない
程度の高抵抗RGKの値を過渡的に小さくする方法
が提案されている。しかし同図から明らかなよう
に付加回路30は過渡電圧によりオンするトラン
ジスタ31、過電流増巾手段32、ダイオード等
を組合せて構成しているため回路が複雑になる欠
点があり特に集積回路化を考えた場合にチツプ面
積、歩留りの面で不利であつた。
と呼ばれる特有な性質を有している。これは急峻
な印加電圧に対するサイリスタの誤動作耐量であ
り一般的にゲート感度と相反する性質を持つ。す
なわちdv/dt耐量の向上はゲート感度を犠性に
して第2図に示した様にサイリスタ20のゲート
21とカソード22の間に抵抗RGKを挿入するこ
とにより行なわれるのが一般的であり、その抵抗
値は1KΩ以上の値が多く用いられる。そのため
このときのdv/dt耐量は数10V/μSとなつてい
た。しかるに第1図に示した双方向スイツチでは
小さな抵抗値をもつゲート・カソード間抵抗RGK
の挿入によるゲート電流増分が信号路に流入し信
号の忠実性を損なうことになり望ましくない。そ
こでdv/dt効果抑制のため、第3図に示すよう
な付加回路30を設けゲート感度を悪化させない
程度の高抵抗RGKの値を過渡的に小さくする方法
が提案されている。しかし同図から明らかなよう
に付加回路30は過渡電圧によりオンするトラン
ジスタ31、過電流増巾手段32、ダイオード等
を組合せて構成しているため回路が複雑になる欠
点があり特に集積回路化を考えた場合にチツプ面
積、歩留りの面で不利であつた。
本発明の目的はゲート電流の信号路への流入を
増加させることなく、dv/dt耐量の向上を図り
かつ瞬断を事実上おこすことなく交流信号を通過
させうる双方向半導体スイツチを提供することに
ある。
増加させることなく、dv/dt耐量の向上を図り
かつ瞬断を事実上おこすことなく交流信号を通過
させうる双方向半導体スイツチを提供することに
ある。
本発明の双方向半導体スイツチは、逆並列接続
され、第1の導電型に属する2個の等価的トラン
ジスタのベース端子を共通に接続したサイリスタ
と;これら逆並列サイリスタと並列に接続された
逆直列ダイオードと;該ダイオードの共通端子と
前記サイリスタの共通ベース端子の間に接続さ
れ、前記サイリスタの電位と入力電圧との電位差
が正のとき動作する第1の増幅手段と;該第1の
増幅手段に並列に接続され、前記サイリスタの電
位と入力電圧との電位差が負のとき動作する第2
の増幅手段と;前記サイリスタの第2の導電型に
属する2個の等価的トランジスタのそれぞれのベ
ースエミツタ接合に並列に接続された十分低い抵
抗値を有する等価的抵抗と;を備え、前記サイリ
スタの電位の正負により前記2つの増幅手段の一
方に入力を印加し、該入力を増巾してゲート電流
とすることを特徴とする。
され、第1の導電型に属する2個の等価的トラン
ジスタのベース端子を共通に接続したサイリスタ
と;これら逆並列サイリスタと並列に接続された
逆直列ダイオードと;該ダイオードの共通端子と
前記サイリスタの共通ベース端子の間に接続さ
れ、前記サイリスタの電位と入力電圧との電位差
が正のとき動作する第1の増幅手段と;該第1の
増幅手段に並列に接続され、前記サイリスタの電
位と入力電圧との電位差が負のとき動作する第2
の増幅手段と;前記サイリスタの第2の導電型に
属する2個の等価的トランジスタのそれぞれのベ
ースエミツタ接合に並列に接続された十分低い抵
抗値を有する等価的抵抗と;を備え、前記サイリ
スタの電位の正負により前記2つの増幅手段の一
方に入力を印加し、該入力を増巾してゲート電流
とすることを特徴とする。
次に本発明の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
第4図は本発明の第1の実施例を示す回路図で
ある。サイリスタ41,43のそれぞれは第5図
に示すように第1の導電型に属するトランジスタ
411第2の導電型に属するトランジスタ412
を含む等価回路で表わせる。逆並列接続したサイ
リスタ、41,43のそれぞれ第1の導電型に属
する等価的トランジスタのベース端子(以下Nゲ
ートという)は共通に接続され、また、それぞれ
第2の導電型に属する2個の等価的トランジスタ
のベース・エミツタ接合には所望のdv/dt特性
を満足するに足る十分低い例えば500Ω以下の抵
抗値を持つ等価的抵抗42,44が並列に接続さ
れる。さらに前記逆並列に接続されたサイリスタ
に対して逆直列に接続されたダイオード45,4
6が並列に接続される。このダイオード45,4
6は後述する増巾手段への電流逆流防止用のもの
である。前記共通接続されたベース端子とダイオ
ード45,46の接続点には駆動回路49,50
からの電流を増巾し、かつ、相補的入力特性をも
ち、過渡電圧印加に強い一対の増巾手段47,4
8が接続される。なお、駆動回路49,50はそ
れぞれ、前記4端子サイリスタ41,43が導通
時に負又は正の電圧を持つ場合、ゲート電流を供
給し導通状態を維持させるためのものである。
ある。サイリスタ41,43のそれぞれは第5図
に示すように第1の導電型に属するトランジスタ
411第2の導電型に属するトランジスタ412
を含む等価回路で表わせる。逆並列接続したサイ
リスタ、41,43のそれぞれ第1の導電型に属
する等価的トランジスタのベース端子(以下Nゲ
ートという)は共通に接続され、また、それぞれ
第2の導電型に属する2個の等価的トランジスタ
のベース・エミツタ接合には所望のdv/dt特性
を満足するに足る十分低い例えば500Ω以下の抵
抗値を持つ等価的抵抗42,44が並列に接続さ
れる。さらに前記逆並列に接続されたサイリスタ
に対して逆直列に接続されたダイオード45,4
6が並列に接続される。このダイオード45,4
6は後述する増巾手段への電流逆流防止用のもの
である。前記共通接続されたベース端子とダイオ
ード45,46の接続点には駆動回路49,50
からの電流を増巾し、かつ、相補的入力特性をも
ち、過渡電圧印加に強い一対の増巾手段47,4
8が接続される。なお、駆動回路49,50はそ
れぞれ、前記4端子サイリスタ41,43が導通
時に負又は正の電圧を持つ場合、ゲート電流を供
給し導通状態を維持させるためのものである。
第6図は第4図に示した第1の実施例において
双方向スイツチの一方に交流信号源1を、他の一
方に容量性負荷2を接続し、導通状態にある時の
負荷電流波形と負荷電圧波形を示す。負荷2が容
量性であるため、負荷電流60は負荷電圧61よ
り進み位相となる。一点鎖線62は4端子サイリ
スタの自己保持電流値を示しており、抵抗42,
44の値を低く選んでいるためかなり大きな値と
なつている。
双方向スイツチの一方に交流信号源1を、他の一
方に容量性負荷2を接続し、導通状態にある時の
負荷電流波形と負荷電圧波形を示す。負荷2が容
量性であるため、負荷電流60は負荷電圧61よ
り進み位相となる。一点鎖線62は4端子サイリ
スタの自己保持電流値を示しており、抵抗42,
44の値を低く選んでいるためかなり大きな値と
なつている。
今、負荷電流が第6図t0で駆動回路に入力が印
加された場合のt0からt1の間の動作を考える。こ
のとき4端子サイリスタ41は順方向阻止の状態
でそのアノード電位は正であるので駆動回路50
によりゲート電流が加えられる。この入力電流
Ii1は増巾手段であるトランジスタ48によつて
増巾され4端子サイリスタ41のNゲートから抵
抗42の低抵抗値化によるゲート感度低下を補う
だけの電流を流出させ、ダイオード45を通して
信号路に戻るとともに、該サイリスタ41を導通
させる。1一旦サイリスタが導通すると、トラン
ジスタ48の両端の電圧は低下し該トランジスタ
48の動作は停止する。しかし、このとき該サイ
リスタ41は自己保持状態にあり信号の通過には
全く支障がない。またこの期間信号源より負荷を
通らず流出してしまう電流はIi1のみであり抵抗
を小さくしたことによる信号の忠実性は劣化しな
い。
加された場合のt0からt1の間の動作を考える。こ
のとき4端子サイリスタ41は順方向阻止の状態
でそのアノード電位は正であるので駆動回路50
によりゲート電流が加えられる。この入力電流
Ii1は増巾手段であるトランジスタ48によつて
増巾され4端子サイリスタ41のNゲートから抵
抗42の低抵抗値化によるゲート感度低下を補う
だけの電流を流出させ、ダイオード45を通して
信号路に戻るとともに、該サイリスタ41を導通
させる。1一旦サイリスタが導通すると、トラン
ジスタ48の両端の電圧は低下し該トランジスタ
48の動作は停止する。しかし、このとき該サイ
リスタ41は自己保持状態にあり信号の通過には
全く支障がない。またこの期間信号源より負荷を
通らず流出してしまう電流はIi1のみであり抵抗
を小さくしたことによる信号の忠実性は劣化しな
い。
次にt1からt2の間の動作を考える。このとき4
端子サイリスタ41は保持電流値を割つているた
め非導通状態となり、もう一方のサイリスタ43
はまだ逆バイアスの状態にあるのでこのままでは
瞬断を生じてしまう。しかし本発明によれば入力
電流Ii1はこの期間もサイリスタに加わる電位が
正であるので流れ続けることになりその結果信号
電流はNゲートートランジスタ48―ダイオード
45の方向にながれ瞬断は生じない。
端子サイリスタ41は保持電流値を割つているた
め非導通状態となり、もう一方のサイリスタ43
はまだ逆バイアスの状態にあるのでこのままでは
瞬断を生じてしまう。しかし本発明によれば入力
電流Ii1はこの期間もサイリスタに加わる電位が
正であるので流れ続けることになりその結果信号
電流はNゲートートランジスタ48―ダイオード
45の方向にながれ瞬断は生じない。
さらに、期間t2からt3では流れる電流の方向が
反転するが、かわつてサイリスタ42のNゲート
よりトランジスタ48、ダイオード45を通つて
信号電流が流れる。そしてこの信号電流がゲート
条件を満たす値に達するとサイリスタ43は自己
保持状態となりトランジスタ48は動作を停止す
る。
反転するが、かわつてサイリスタ42のNゲート
よりトランジスタ48、ダイオード45を通つて
信号電流が流れる。そしてこの信号電流がゲート
条件を満たす値に達するとサイリスタ43は自己
保持状態となりトランジスタ48は動作を停止す
る。
また、期間t3からt4ではサイリスタの電位が負
であるため駆動回路49が動作し、入力電流Ii2
がトランジスタ47に流入する。この電流はt4で
サイリスタ43が非導通状態となつた時、信号電
流を該サイリスタ43のNゲート―トランジスタ
47―ダイオード46の方向に流し続けるために
必要であり、これによつて瞬断が防止される。
であるため駆動回路49が動作し、入力電流Ii2
がトランジスタ47に流入する。この電流はt4で
サイリスタ43が非導通状態となつた時、信号電
流を該サイリスタ43のNゲート―トランジスタ
47―ダイオード46の方向に流し続けるために
必要であり、これによつて瞬断が防止される。
ここで、トランジスタ47,48の電流増巾率
をKとするとサイリスタのNゲートより流出する
電流Igは入力電流Iiに対しサイリスタを導通させ
ようとする瞬間は次式で示す値となる。
をKとするとサイリスタのNゲートより流出する
電流Igは入力電流Iiに対しサイリスタを導通させ
ようとする瞬間は次式で示す値となる。
Ig=KIi
このため抵抗42,44を所望のdv/dt特性
を満足するような小さな値に定め次に使用するト
ランジスタの増巾率Kをゲート条件を満たすよう
に決定すれば実質的なゲート感度を低下させずま
た信号路に流入する電流を増加させ信号の忠実性
を劣化させることなしにdv/dt特性を改善でき
る。このとき抵抗は500Ω以下のものが使用で
き、そのときのdv/dt耐量として500V/μS以
上の値が得られる。さらに、サイリスタの電位に
よらずゲート電流が流れるため容量負荷に対して
も事実上瞬断をおこすことなく交流信号の通過が
可能である。
を満足するような小さな値に定め次に使用するト
ランジスタの増巾率Kをゲート条件を満たすよう
に決定すれば実質的なゲート感度を低下させずま
た信号路に流入する電流を増加させ信号の忠実性
を劣化させることなしにdv/dt特性を改善でき
る。このとき抵抗は500Ω以下のものが使用で
き、そのときのdv/dt耐量として500V/μS以
上の値が得られる。さらに、サイリスタの電位に
よらずゲート電流が流れるため容量負荷に対して
も事実上瞬断をおこすことなく交流信号の通過が
可能である。
このようにサイリスタの電位に応じて一対の増
幅手段の少なくとも一方に入力を印加することに
より瞬断なく交流信号を通すことが可能となる。
幅手段の少なくとも一方に入力を印加することに
より瞬断なく交流信号を通すことが可能となる。
以上の説明では容量性負荷を考えたが誘導性・
抵抗負荷においても何ら問題のないことは明白で
ある。
抵抗負荷においても何ら問題のないことは明白で
ある。
第7図は本発明の第2の実施例を示す回路図で
ある。図において参照数字41ないし47は第4
図と同じものを指す。一般に集積回路においては
PNPトランジスタは横形構造となり電流増幅率が
小さいので電流増巾率の大きなNPNトランジス
タと組み合わせることによつてトランジスタ7
0,71による増巾手段を構成し、このような欠
点を解決したものである。
ある。図において参照数字41ないし47は第4
図と同じものを指す。一般に集積回路においては
PNPトランジスタは横形構造となり電流増幅率が
小さいので電流増巾率の大きなNPNトランジス
タと組み合わせることによつてトランジスタ7
0,71による増巾手段を構成し、このような欠
点を解決したものである。
第8図は本発明の第3の実施例を示す回路図で
ある参照数字41ないし46は第4図と同じもの
をさす。本発明では増巾手段としてMOSFETを
使用し、同一の効果を得ている。
ある参照数字41ないし46は第4図と同じもの
をさす。本発明では増巾手段としてMOSFETを
使用し、同一の効果を得ている。
第9図は本発明の第4の実施例を示す回路図で
ある。ここでは4端子サイリスタ41,43のP
ゲートを用いてゲートトリガを行ない、アノー
ド・Nゲート間にdv/dt効果抑制用の抵抗4
2,44を挿入したものでありこのようにしても
何ら変わらない。
ある。ここでは4端子サイリスタ41,43のP
ゲートを用いてゲートトリガを行ない、アノー
ド・Nゲート間にdv/dt効果抑制用の抵抗4
2,44を挿入したものでありこのようにしても
何ら変わらない。
以上の説明では4端子サイリスタと外付け抵抗
による回路で行なつたが、エミツタシヨート構造
の三端子サイリスタで構成しても何らかわらな
い。また増巾手段として4端子サイリスタ等を使
用した場合には過渡電圧による回路全体の誤動作
を招くため本発明の目的の1つであるdv/dt特
性の改善が得られないこと明白である。
による回路で行なつたが、エミツタシヨート構造
の三端子サイリスタで構成しても何らかわらな
い。また増巾手段として4端子サイリスタ等を使
用した場合には過渡電圧による回路全体の誤動作
を招くため本発明の目的の1つであるdv/dt特
性の改善が得られないこと明白である。
本発明は以上説明したような構成をとることに
より、信号を通過させようとする間中増巾手段の
少なくとも一方に入力を印加しつづけることによ
りdv/dt特性の向上を図り、かつ信号路に流入
するゲート電流の増加とゲート感度の低下を押え
負荷インピーダンスの性質によらず事実上瞬断な
く交流信号を通過させうることができる。
より、信号を通過させようとする間中増巾手段の
少なくとも一方に入力を印加しつづけることによ
りdv/dt特性の向上を図り、かつ信号路に流入
するゲート電流の増加とゲート感度の低下を押え
負荷インピーダンスの性質によらず事実上瞬断な
く交流信号を通過させうることができる。
第1図は従来の半導体双方向スイツチの一例を
示す回路図、第2図、第3図は従来の臨界上昇率
改善例を示す回路図、第4図は本発明の第1の実
施例を示す回路図、第5図はサイリスタの等価回
路図、第6図は第4図に示した第1の実施例にお
ける電流電圧関係を示す波形図、第7図ないし第
9図はそれぞれ第2ないし第4の実施例を示す回
路図である。 1……信号源、2……負荷、41,43……4
端子サイリスタ、42,44……抵抗、45,4
6……ダイオード、47,48……増巾手段とし
てのトランジスタ、49,50……駆動回路、4
11……第1の等価的トランジスタ、412……
第2の等価的トランジスタ。
示す回路図、第2図、第3図は従来の臨界上昇率
改善例を示す回路図、第4図は本発明の第1の実
施例を示す回路図、第5図はサイリスタの等価回
路図、第6図は第4図に示した第1の実施例にお
ける電流電圧関係を示す波形図、第7図ないし第
9図はそれぞれ第2ないし第4の実施例を示す回
路図である。 1……信号源、2……負荷、41,43……4
端子サイリスタ、42,44……抵抗、45,4
6……ダイオード、47,48……増巾手段とし
てのトランジスタ、49,50……駆動回路、4
11……第1の等価的トランジスタ、412……
第2の等価的トランジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 逆並列接続され、第1の導電型に属する2個
の等価的トランジスタのベース端子を共通に接続
したサイリスタと; これら逆並列サイリスタと並列に接続された逆
直列ダイオードと; 該ダイオードの共通端子と前記サイリスタの共
通ベース端子の間に接続され、前記サイリスタの
電位と入力電圧との電位差が正のとき動作する第
1の増幅手段と; 該第1の増幅手段に並列に接続され、前記サイ
リスタの電位と入力電圧との電位差が負のとき動
作する第2の増幅手段と; 前記サイリスタの第2の導電型に属する2個の
等価的トランジスタのそれぞれのベースエミツタ
接合に並列に接続された十分低い抵抗値を有する
等価的抵抗と; を備え、前記サイリスタの電位の正負により前
記2つの増幅手段の一方に入力を印加し、該入力
を増巾してゲート電流とすることを特徴とする双
方向半導体スイツチ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4727178A JPS54139369A (en) | 1978-04-20 | 1978-04-20 | Two-way semiconductor switch |
| US06/031,131 US4302687A (en) | 1978-04-20 | 1979-04-18 | Semiconductor switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4727178A JPS54139369A (en) | 1978-04-20 | 1978-04-20 | Two-way semiconductor switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54139369A JPS54139369A (en) | 1979-10-29 |
| JPS6119142B2 true JPS6119142B2 (ja) | 1986-05-15 |
Family
ID=12770621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4727178A Granted JPS54139369A (en) | 1978-04-20 | 1978-04-20 | Two-way semiconductor switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54139369A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03134322A (ja) * | 1989-10-18 | 1991-06-07 | Kubota Corp | クラッチ操作装置 |
-
1978
- 1978-04-20 JP JP4727178A patent/JPS54139369A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03134322A (ja) * | 1989-10-18 | 1991-06-07 | Kubota Corp | クラッチ操作装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54139369A (en) | 1979-10-29 |
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