JP2948979B2 - 半導体リレー - Google Patents
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- H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
- H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
- H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
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- 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
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- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
- H03K17/785—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling field-effect transistor switches
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- Power Engineering (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体リレーに関し、特
に常閉節点を有する半導体リレーに関する。
に常閉節点を有する半導体リレーに関する。
【0002】
【従来の技術】リレーは一般に二つの基本的の型、すな
わち、A型(常開)とB型(常閉)とを有する。多くの
半導体リレーは常開型、すなわちA型で、リレーは動作
指令が来るまで、非導通である。このタイプのリレーは
モノリシック方式あるいはハイブリッド方式で形成され
る。ハイブリッド方式では、個々の要素は非導通の基板
(例えば、セラミック基板またはポリイミド基板)に形
成されている。常閉型、すなわちB型の半導体リレーは
A型に比べて、市販されている数が少ない。多くのB型
のリレーも上記のハイブリッド方式で構成される。常閉
型リレーがモノシリック方式で形成されない主な理由
は、それが開いた状態にあるとき、その出力端子の遷移
状態(過渡現象)にリレーが影響されやすい(敏感だ)
からである。
わち、A型(常開)とB型(常閉)とを有する。多くの
半導体リレーは常開型、すなわちA型で、リレーは動作
指令が来るまで、非導通である。このタイプのリレーは
モノリシック方式あるいはハイブリッド方式で形成され
る。ハイブリッド方式では、個々の要素は非導通の基板
(例えば、セラミック基板またはポリイミド基板)に形
成されている。常閉型、すなわちB型の半導体リレーは
A型に比べて、市販されている数が少ない。多くのB型
のリレーも上記のハイブリッド方式で構成される。常閉
型リレーがモノシリック方式で形成されない主な理由
は、それが開いた状態にあるとき、その出力端子の遷移
状態(過渡現象)にリレーが影響されやすい(敏感だ)
からである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】モノリシック方式で形
成されたB型の半導体リレーは、充分な大きさとスルー
レートの過渡現象が、非導通状態にあるリレーの出力端
子に起こると、導通状態になることが知られている。そ
れ故に、本発明の目的は常閉半導体リレーの過渡現象に
対する感知程度を減少させることである。
成されたB型の半導体リレーは、充分な大きさとスルー
レートの過渡現象が、非導通状態にあるリレーの出力端
子に起こると、導通状態になることが知られている。そ
れ故に、本発明の目的は常閉半導体リレーの過渡現象に
対する感知程度を減少させることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する為
に、本発明の半導体リレーは、入力端子とリレーの出力
(4、4’)に接続される2個の出力端子とを有し、制
御信号に応答する少なくとも一つの出力トランジスタ
(2、3)と、前記制御信号の解除に応じて、出力トラ
ンジスタ入力端子(12)を2個の出力端子のうちの第
1の出力端子(11)に放電する切り替え手段(9)
と、前記切り替え手段に接続されて、前記切り替え手段
により入力端子の放電を緩和する手段(10または1
6)とからなり、 前記制御信号はリレーが導通状態ま
たは非導通状態かを決定することを特徴とする。
に、本発明の半導体リレーは、入力端子とリレーの出力
(4、4’)に接続される2個の出力端子とを有し、制
御信号に応答する少なくとも一つの出力トランジスタ
(2、3)と、前記制御信号の解除に応じて、出力トラ
ンジスタ入力端子(12)を2個の出力端子のうちの第
1の出力端子(11)に放電する切り替え手段(9)
と、前記切り替え手段に接続されて、前記切り替え手段
により入力端子の放電を緩和する手段(10または1
6)とからなり、 前記制御信号はリレーが導通状態ま
たは非導通状態かを決定することを特徴とする。
【0005】
【実施例】まずここでは、信号が入力したときに、リレ
ーは、活性化即ち動作するとする。前述したように、一
般的にリレーは2つの状態、すなわち、非活性状態(通
常状態)と活性状態とを有する。B型のリレーでは、非
活性状態とは常閉を意味し、その出力端子間は低抵抗で
ある、すなわち、接点は閉じられている。逆にB型のリ
レーが活性化されると、出力端子間に高い抵抗のバスが
形成される。すなわち、接点は開いた状態になる。
ーは、活性化即ち動作するとする。前述したように、一
般的にリレーは2つの状態、すなわち、非活性状態(通
常状態)と活性状態とを有する。B型のリレーでは、非
活性状態とは常閉を意味し、その出力端子間は低抵抗で
ある、すなわち、接点は閉じられている。逆にB型のリ
レーが活性化されると、出力端子間に高い抵抗のバスが
形成される。すなわち、接点は開いた状態になる。
【0006】図1に本発明の一実施例であるリレーを示
す。半導体リレー1は出力端子4、4’に接続された出
力トランジスタ2、3を有する。結合手段であるフォト
ダイオード6は入力端子8、8’からの制御信号を出力
トランジスタ2、3の共通の入力端子(共通入力端子1
2)と出力端子(ノード11)に接続する。スイッチ9
は、制御信号が取り除かれたとき、ターンオンして、入
力端子(共通入力端子12)の電荷を出力トランジスタ
2、3の出力端子(ノード11)に放電させる。スイッ
チ9に直列に抵抗10が配置され、スイッチ9が出力ト
ランジスタ2、3の入力端子12を放電するのを遅延さ
せ、半導体リレー1の出力端子4、4’の間に発生する
遷移状態に対する感知度を減少させる。
す。半導体リレー1は出力端子4、4’に接続された出
力トランジスタ2、3を有する。結合手段であるフォト
ダイオード6は入力端子8、8’からの制御信号を出力
トランジスタ2、3の共通の入力端子(共通入力端子1
2)と出力端子(ノード11)に接続する。スイッチ9
は、制御信号が取り除かれたとき、ターンオンして、入
力端子(共通入力端子12)の電荷を出力トランジスタ
2、3の出力端子(ノード11)に放電させる。スイッ
チ9に直列に抵抗10が配置され、スイッチ9が出力ト
ランジスタ2、3の入力端子12を放電するのを遅延さ
せ、半導体リレー1の出力端子4、4’の間に発生する
遷移状態に対する感知度を減少させる。
【0007】上述したように、出力トランジスタ2、3
は半導体リレー1の出力端子4、4’に接続されてい
る。出力トランジスタ2、3は、ここではディプレーシ
ョンモードでNチャンネルの拡散MOS(DMOS)ト
ランジスタである。出力トランジスタ2、3はトランジ
スタをターンオフさせるために、負電圧がそのゲートに
かかるまでは通常導通状態である。そのため、ここで
は、半導体リレー1は常閉(B型リレー)である。この
2個の出力トランジスタ2、3は直列に配置されて、出
力端子4、4’にかかる電流の極性を制御している。図
示はしてないが、出力トランジスタ2、3のソースとド
レーンの間に組み込みダイオードを配置して、トランジ
スタに逆バイアスがかかった場合、トランジスタを保護
することもできる。この出力トランジスタ2、3は共通
のノード11(ここでは出力トランジスタ2、3のソー
ス)と共通の入力端子12とを有し、その間に電圧が出
力トランジスタ2、3を制御するためにかけられる。
は半導体リレー1の出力端子4、4’に接続されてい
る。出力トランジスタ2、3は、ここではディプレーシ
ョンモードでNチャンネルの拡散MOS(DMOS)ト
ランジスタである。出力トランジスタ2、3はトランジ
スタをターンオフさせるために、負電圧がそのゲートに
かかるまでは通常導通状態である。そのため、ここで
は、半導体リレー1は常閉(B型リレー)である。この
2個の出力トランジスタ2、3は直列に配置されて、出
力端子4、4’にかかる電流の極性を制御している。図
示はしてないが、出力トランジスタ2、3のソースとド
レーンの間に組み込みダイオードを配置して、トランジ
スタに逆バイアスがかかった場合、トランジスタを保護
することもできる。この出力トランジスタ2、3は共通
のノード11(ここでは出力トランジスタ2、3のソー
ス)と共通の入力端子12とを有し、その間に電圧が出
力トランジスタ2、3を制御するためにかけられる。
【0008】フォトダイオード6は光エミッタ7により
照射されたことにより、電圧と電流を生成する。この光
エミッタ7は一般的に光放射ダイオードである。そし
て、光エミッタ7は入力端子8、8’に接続されて、そ
こにリレー制御信号が印加される。フォトダイオード6
による電圧と電流の生成については、公知であるので触
れない。フォトダイオード6はそれが照射されたとき
に、所定の電圧を発生するバッテリとして動作する。た
だし、この所定の電圧は出力トランジスタ2、3を充分
にターンオフする以上の電圧を有している。フォトダイ
オード6により生成された電流は出力トランジスタ2、
3に所定の電圧がかかるまで、出力トランジスタ2、3
のゲート・ソースキヤパシタンスをチャージする。これ
により半導体リレー1を活性化させる。その後、フォト
ダイオード6からの電流はストップする。
照射されたことにより、電圧と電流を生成する。この光
エミッタ7は一般的に光放射ダイオードである。そし
て、光エミッタ7は入力端子8、8’に接続されて、そ
こにリレー制御信号が印加される。フォトダイオード6
による電圧と電流の生成については、公知であるので触
れない。フォトダイオード6はそれが照射されたとき
に、所定の電圧を発生するバッテリとして動作する。た
だし、この所定の電圧は出力トランジスタ2、3を充分
にターンオフする以上の電圧を有している。フォトダイ
オード6により生成された電流は出力トランジスタ2、
3に所定の電圧がかかるまで、出力トランジスタ2、3
のゲート・ソースキヤパシタンスをチャージする。これ
により半導体リレー1を活性化させる。その後、フォト
ダイオード6からの電流はストップする。
【0009】このスイッチ9はフォトダイオード6に対
しては直列に接続され、出力トランジスタ2、3に対し
ては並列に接続されている。半導体リレー1が活性化さ
れている間、すなわち、フォトダイオード6が光エミッ
タ7により照射されている間は非導通状態である。しか
し、半導体リレー1が非活性化(フォトダイオード6の
照射が除去)されると、スイッチ9がターンオンし、出
力トランジスタ2、3のゲート・ソース間キャパシタン
スを放電する。スイッチ9の利点は半導体リレー1の非
活性化及び活性化に急速に応答できるようにさせる点で
ある。
しては直列に接続され、出力トランジスタ2、3に対し
ては並列に接続されている。半導体リレー1が活性化さ
れている間、すなわち、フォトダイオード6が光エミッ
タ7により照射されている間は非導通状態である。しか
し、半導体リレー1が非活性化(フォトダイオード6の
照射が除去)されると、スイッチ9がターンオンし、出
力トランジスタ2、3のゲート・ソース間キャパシタン
スを放電する。スイッチ9の利点は半導体リレー1の非
活性化及び活性化に急速に応答できるようにさせる点で
ある。
【0010】スイッチ9は、数メガオームのオーダーの
値を有する電流検知用抵抗13とトランジスタ14とを
有する。このトランジスタ14は、ここではPーチャン
ネルディプレーションモードトランジスタである。出力
トランジスタ2、3のゲート・ソース間キヤパシタンス
はリレーの初期活性化の間チャージされ、抵抗13にか
かる電圧ドロップはトランジスタ14を導通しないよう
に維持する。出力トランジスタ2、3のゲートキヤパシ
タンスが充分にチャージされた後、抵抗13にかかる電
圧ドロップは減少し、トランジスタ14が導通するよう
になる。
値を有する電流検知用抵抗13とトランジスタ14とを
有する。このトランジスタ14は、ここではPーチャン
ネルディプレーションモードトランジスタである。出力
トランジスタ2、3のゲート・ソース間キヤパシタンス
はリレーの初期活性化の間チャージされ、抵抗13にか
かる電圧ドロップはトランジスタ14を導通しないよう
に維持する。出力トランジスタ2、3のゲートキヤパシ
タンスが充分にチャージされた後、抵抗13にかかる電
圧ドロップは減少し、トランジスタ14が導通するよう
になる。
【0011】トランジスタ14による導通量は、抵抗1
3により比較的小さいな値に制限されて、トランジスタ
14を介して流れる電流に比例する電圧に下落させる。
しかし、一旦フォトダイオード6が電圧と電流を生成し
なくなると、抵抗13に掛かる電圧ドロップは減少し
て、トランジスタ14は出力トランジスタ2、3のゲー
トキヤパシタンスを急速に放電させる。
3により比較的小さいな値に制限されて、トランジスタ
14を介して流れる電流に比例する電圧に下落させる。
しかし、一旦フォトダイオード6が電圧と電流を生成し
なくなると、抵抗13に掛かる電圧ドロップは減少し
て、トランジスタ14は出力トランジスタ2、3のゲー
トキヤパシタンスを急速に放電させる。
【0012】本発明の特徴によれば、抵抗10を追加す
ることにより、出力トランジスタ2、3のゲート・ソー
ス間キヤパシタンスの放電を緩和させることができる。
これは抵抗10と出力トランジスタ2、3のゲート・ソ
ース間キヤパシタンスにより生成されるRC時定数に起
因する。ゲート・ソース間キヤパシタンスの放電の緩和
による影響は出力トランジスタ2、3がターンオンする
スピードを減少させる。出力トランジスタ2、3のター
ンオンスピードの減少は、半導体リレー1の遷移状態の
感知度を減少させる。あるいは、抵抗10はトランジス
タ14のソースに直列に配置してもよい。
ることにより、出力トランジスタ2、3のゲート・ソー
ス間キヤパシタンスの放電を緩和させることができる。
これは抵抗10と出力トランジスタ2、3のゲート・ソ
ース間キヤパシタンスにより生成されるRC時定数に起
因する。ゲート・ソース間キヤパシタンスの放電の緩和
による影響は出力トランジスタ2、3がターンオンする
スピードを減少させる。出力トランジスタ2、3のター
ンオンスピードの減少は、半導体リレー1の遷移状態の
感知度を減少させる。あるいは、抵抗10はトランジス
タ14のソースに直列に配置してもよい。
【0013】スイッチ9のターンオン時間を遅延させる
別の手法は図2に記載されている。ここでは、キヤパシ
タンス16はトランジスタ14のゲートとソースの間に
配置されて、フォトダイオード6が電圧/電流を生成し
なくなると、トランジスタ14のターンオンを遅延させ
る。
別の手法は図2に記載されている。ここでは、キヤパシ
タンス16はトランジスタ14のゲートとソースの間に
配置されて、フォトダイオード6が電圧/電流を生成し
なくなると、トランジスタ14のターンオンを遅延させ
る。
【0014】図3には、スイッチ9の別の構成が示され
ている。電流検知用抵抗/JFET構成の代わりに、ダ
イオード17、トランジスタ18と抵抗19が用いられ
ている。このダイオード17は、バイポーラトランジス
タ18を非導通状態にしている間、フォトダイオード6
が出力トランジスタ2、3のゲートに急速にチャージす
るようにさせる。一旦フォトダイオード6が電圧/電流
を生成しなくなると、トランジスタ18は抵抗19を流
れる電流とを出力トランジスタ2、3のゲートキヤパシ
タンスが急速に放電されることにより、トランジスタ1
8は導通する。スイッチ9に直列に抵抗10を追加する
ことにより、出力トランジスタ2、3のゲートソース間
キヤパシタンスの放電を遅延させ、半導体リレー1の遷
移状態に対する感知度を減少させる。
ている。電流検知用抵抗/JFET構成の代わりに、ダ
イオード17、トランジスタ18と抵抗19が用いられ
ている。このダイオード17は、バイポーラトランジス
タ18を非導通状態にしている間、フォトダイオード6
が出力トランジスタ2、3のゲートに急速にチャージす
るようにさせる。一旦フォトダイオード6が電圧/電流
を生成しなくなると、トランジスタ18は抵抗19を流
れる電流とを出力トランジスタ2、3のゲートキヤパシ
タンスが急速に放電されることにより、トランジスタ1
8は導通する。スイッチ9に直列に抵抗10を追加する
ことにより、出力トランジスタ2、3のゲートソース間
キヤパシタンスの放電を遅延させ、半導体リレー1の遷
移状態に対する感知度を減少させる。
【0015】半導体リレー1を制御する別の手法が図4
に図示されている。光エミッタ7とフォトダイオード6
の代わりにトランス20、整流器21、キャパシタ22
を具備している。入力端子8、8’に印加されるAC制
御信号は整流器21に電磁結合され、この整流器21は
信号を整流して、DC制御電圧と電流を生成して、出力
トランジスタ2、3を制御する。キャパシター22は整
流器21からの制御信号を平滑に整流する。
に図示されている。光エミッタ7とフォトダイオード6
の代わりにトランス20、整流器21、キャパシタ22
を具備している。入力端子8、8’に印加されるAC制
御信号は整流器21に電磁結合され、この整流器21は
信号を整流して、DC制御電圧と電流を生成して、出力
トランジスタ2、3を制御する。キャパシター22は整
流器21からの制御信号を平滑に整流する。
【0016】
【具体的実施例】図1の実施に際し、以下の素子の値を
用いて、モノリシックで350ボルト、150mAでB
型リレーを形成する。 トランジスタ2、3 600x2000μm フォトダイオード6 25−180x180μmアイ
ソレートしたフォトダイオード 抵抗10 2MΩ 抵抗13 2MΩ トランジスタ14 180×180μm
用いて、モノリシックで350ボルト、150mAでB
型リレーを形成する。 トランジスタ2、3 600x2000μm フォトダイオード6 25−180x180μmアイ
ソレートしたフォトダイオード 抵抗10 2MΩ 抵抗13 2MΩ トランジスタ14 180×180μm
【0017】このリレーはリレー接点が開状態(活性化
された状態)のとき、その出力端子に印加される350
ボルト、1000V/μs遷移速度では活性化されなか
った。抵抗10を具備しない同一のリレーは出力端子に
印加される350ボルト、15V/μs遷移状態では負
の(導通状態)である。
された状態)のとき、その出力端子に印加される350
ボルト、1000V/μs遷移速度では活性化されなか
った。抵抗10を具備しない同一のリレーは出力端子に
印加される350ボルト、15V/μs遷移状態では負
の(導通状態)である。
【0018】ここで示した実施例はB型のリレーである
が、本発明は、さらに別のリレー、例えば、C型リレー
にも適用できる。そして、トランジスタの極性タイプは
単なる一実施例であり、電圧極性を変えてもよい、及び
フォトダイオード6により提供される電圧電流特性を変
えても良い。
が、本発明は、さらに別のリレー、例えば、C型リレー
にも適用できる。そして、トランジスタの極性タイプは
単なる一実施例であり、電圧極性を変えてもよい、及び
フォトダイオード6により提供される電圧電流特性を変
えても良い。
【0019】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の常閉半導体リ
レーは、遷移状態に対する感知程度が減少している。
レーは、遷移状態に対する感知程度が減少している。
【図1】本発明の半導体リレーの第一実施例を示す図で
ある。
ある。
【図2】本発明の半導体リレーの第二実施例を示す図で
ある。
ある。
【図3】本発明の半導体リレーの第三実施例を示す図で
ある。
ある。
【図4】本発明の半導体リレーの第四実施例を示す図で
ある。
ある。
1 半導体リレー 2、3 出力トランジスタ 4、4’ 出力端子 6 フォトダイオード 7 光エミッタ 8、8’ 入力端子 9 スイッチ 10 抵抗 11 出力端子(ノード) 12 共通入力端子 13 電流検知用抵抗 14 トランジスタ 16 キヤパシタンス 17 ダイオード 18 トランジスタ 19 抵抗 20 トランス 21 整流器 22 フィルタキャパシタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレイグ ブライアン ジィ−マ− アメリカ合衆国 17557 ペンシルヴァ ニア ニュ− ホ−ランド、エア−ポ− ト ロ−ド 504 (56)参考文献 特開 平3−22487(JP,A) 特開 昭62−100017(JP,A) 特開 昭58−136137(JP,A)
Claims (11)
- 【請求項1】 入力端子とリレーの出力(4,4’)に
接続される2個の出力端子とを有し、制御信号に応答す
る少なくとも1つの出力トランジスタ(2,3)と、 前記制御信号の解除に応じて、前記出力トランジスタの
入力端子を2個の出力端子のうちの第1出力端子に放電
する切り替え手段(9)と、 前記切り替え手段と直列に接続されて、前記切り替え手
段による入力端子の放電を緩和する抵抗手段(10)と
からなり、 前記制御信号はリレーが導通状態または非導通状態かを
決定することを特徴とする常閉半導体リレー。 - 【請求項2】 前記出力トランジスタ(2,3)の入力
端子に接続され、前記制御信号を前記出力トランジスタ
に接続する結合手段(6,7)を有することを特徴とす
る請求項1に記載の半導体リレー。 - 【請求項3】 前記切り替え手段(9)はトランジスタ
(14)と検知手段(13)とを有し、前記トランジス
タは前記出力トランジスタ(2,3)の入力端子と第1
出力端子との間に接続され、前記検知手段は前記結合手
段(6,7)からの制御信号を検知するように前記結合
手段と前記出力トランジスタとの間に配置されることを
特徴とする請求項2に記載の半導体リレー。 - 【請求項4】 前記結合手段(6,7)は複数のフォト
ダイオードであることを特徴とする請求項3に記載の半
導体リレー。 - 【請求項5】 前記検知手段(13)は抵抗であること
を特徴とする請求項4に記載の半導体リレー。 - 【請求項6】 前記トランジスタ(14)は接合型FE
Tで、前記出力トランジスタ(2,3)は2個のMOS
トランジスタで、そのドレーンノードは対応するリレー
出力(4,4’)に接続され、共通ゲートノード(1
2)と共通ソースノード(11)は前記切り替え手段
(9)に接続されることを特徴とする請求項5に記載の
半導体リレー。 - 【請求項7】 1対の出力端子(4,4’)と、 1対の出力トランジスタ(2,3)とを有する常閉モノ
リシック半導体リレーにおいて、 前記出力トランジスタの出力端子は共通出力端子(1
1)を形成するように直列に接続され、各出力トランジ
スタの残りの出力端子は対応するリレー出力端子に接続
され、入力端子はともに共通入力端子(12)を形成す
るように接続され、 前記リレーは、さらに、 制御信号に応答して、前記出力トランジスタの共通入力
端子に接続されて、前記出力トランジスタに制御信号を
結合する結合手段(6,7)と、 前記1対の出力トランジスタの共通入力端子と共通出力
端子に接続されて、制御信号の状況に応じて、選択的に
共通入力端子を共通出力端子に放電する切り替え手段
(9)と、 前記切り替え手段と直列に接続されて、前記切り替え手
段による前記出力トランジスタの共通入力の放電を緩和
させる抵抗手段(10)とを有することを特徴とする常
閉モノリシック半導体リレー。 - 【請求項8】 前記切り替え手段(9)はトランジスタ
(14)と検知手段(13)とを有し、前記トランジス
タは前記出力トランジスタ(2,3)の共通入力端子
(12)と共通出力端子(11)との間に接続され、前
記検知手段は前記結合手段(6,7)からの制御信号を
検知するように前記結合手段と前記出力トランジスタと
の間に配置されることを特徴とする請求項7に記載の半
導体リレー。 - 【請求項9】 前記結合手段(6,7)は複数のフォト
ダイオードであることを特徴とする請求項8に記載の半
導体リレー。 - 【請求項10】 前記検知手段(13)は抵抗であるこ
とを特徴とする請求項9に記載の半導体リレー。 - 【請求項11】 前記トランジスタ(14)は接合型F
ETで、前記出力トランジスタ(2,3)は2個のMO
Sトランジスタで、そのドレーンノードは対応するリレ
ー出力端子(4,4’)に接続され、共通ゲートノード
(12)と共通ソースノード(11)は前記切り替え手
段に接続されることを特徴とする請求項10に記載の半
導体リレー。
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