Вся бібліотека >>>

Зміст книги >>>

  

Техніка і електроніка

 

Електронні пристрої для будинку


 

Сенсорний перемикач

  

 

Останнім часом використання сенсорних перемикачів електричних ланцюгах стає все більш популярним і починає знаходити широке застосування в різних радіоелектронних пристроях. Дія електронних сенсорних перемикачів справляє велике враження. Пристрій, який починає функціонувати від простого дотику пальця до панелі управління, викликає почуття подиву у людей, які звикли користуватися традиційними механічними перемикачами. Сенсорні перемикачі легко збираються, вони не зношуються і в кінцевому підсумку за міру появи спеціалізованих перемикальних мікросхем, по всій ймовірно, стануть більш дешевими в порівнянні зі своїми попередниками.

У схемі сенсорного перемикача, наведеною на рис. 1.1, використовується одна КМОП інтегральна мікросхема (ІМС). Вона забезпечує увімкнення або вимкнення під час дотику до контактної пластини і не споживає струму в статичному режимі, тому такі перемикачі можуть бути використані замість звичайних у невеликих пристроях з живленням від батарейок. Розміри і вартість перемикача можуть бути цілком порівнянні з багатьма перемикачами звичайного типу.

Для того щоб зрозуміти принцип дії наведеної схеми, насамперед необхідно познайомитися з роботою логічного КМОП-елемента І-НЕ. Мікросхема складається з чотирьох окремих елементів І-НЕ, кожен з яких має два входи і один вихід. Вихід елемента зазвичай знаходиться в стані логічної 1 і переходить в стан логічного 0 лише тоді, коли обидва входу знаходяться у стані логічної 1. Звучить ніби просто, але слід врахувати, що в мікросхемі є чотири таких логічних елемента, які практично не споживають енергії за винятком тих випадків, коли відбувається зміна рівнів напруги і коли сигнал на виході змінюється стрибкоподібно при досягненні відповідного порога спрацьовування на вході. Логічні елементи мають досить великий вхідний опір, завдяки чому вони є дуже корисними елементами в схемах. Вони будуть використовуватися і в інших електронних пристроях, наведених у цій книзі.

У схемою перемикача на рис. 1.1 один з входів елемента З з'єднаний з виходом елемента D, а один із входів елемента D - з виходом елемента З, утворюючи так званий RS-тригер. Два вільних входу тригера зазвичай знаходяться у стані логічної 1. Якщо вихід елемента D знаходиться в стан логічного 0, відповідно і вхід елемента З, пов'язаний з виходом елемента D, також знаходиться в стані логічного О, тоді вихід елемент знаходиться в стані логічної 1 і тому обидва входи елемента D будуть перебувати в стані логічної 1, підтримуючи на своєму виході стан логічного 0. Якщо вхід елемента D бере стан логічного 0, тоді на виході цього елемента будемо мати стан логічної 1, внаслідок чого обидва входи елемента З перебуватимуть у стані логічної 1, а його вихід перейде в стан логічного 0, зберігаючи, таким чином, високий логічний рівень на виході елемента D. Подальше повернення вільного входу елемента D в стан логічної 1 не змінює його логічного стану на виході, тобто він залишається у стані логічної 1. Цей стан буде зберігатися до тих пір, поки вільний вхід елемента З перейде в стан логічного 0. Таким чином, один вхід встановлює RS-тригер в стан логічної 1, а інший - в стан логічного 0.

Тепер розглянемо роботу сенсорного перемикача і проаналізуємо схему, представлену на рис. 1.1, коли вихід елемента D знаходиться в стані логічного 0. Коли Ви не торкаєтесь контактних пластин, резистори R1 і R2 забезпечують низький рівень на входах елементів А я В, що відповідає стану високого рівня логічної 1) на їх виходах, а це означає, що обидва входи тригера також перебувають у стані логічної 1. У той же час будь накопичений заряд на конденсаторі С2 буде стікати через резистор R3, встановлюючи, таким чином, на другому вході елемента В стан логічного 0. Другий вхід елемента .Л знаходиться в стані логічної 1, оскільки він пов'язаний з виходом елемента, перебуває у стані логічної 1. Дотик пальцем контактних пластин призводить до виникнення між ними опору порядку 10-100 кОм, при цьому обидва входи елементів А і В, пов'язані з місцем дотику, встановлюються в стан логічної 1. Оскільки тепер уже обидва входи елемента А знаходяться в стані логічної 1, його вихід переходить в стан логічного 0, а тригер змінює свій стан на протилежне. Якщо Ви прибрали палець з контактних пластин, вихід елемента А знову встановлюється в стан логічної 1, однак тригер залишається у новому стані, а конденсатор С2, заряджаючись через резистор R3, протягом приблизно 0,5 с встановлює на вході елемента В стан логічної 1. При наступному торканні пальцем контактних пластин на другому вході елемента встановлюється високий рівень, а на вихід - стан логічного 0, тим самим зберігається стан логічної 1 на виході елемента А, при цьому тригер повертається у вихідне стан.

Пояснення принципу дії перемикача виглядає набагато складніше, ніж його функціонування. Є, звичайно, в цій схемі один нюанс: якщо утримувати палець на контактних пластинах відносно довго, то напруга на конденсаторі С2 приблизно через 0,5 с досягне порогового значення напруги на входах мікросхеми і можуть виникнути високочастотні коливання. Для того щоб цього не сталося, палець слід утримувати на контактних пластинах не більше' однієї секунди! В цьому випадку буде забезпечена надійна робота мікросхеми. Оскільки значення струму на виході КМОП-мікро-схеми становить не більше .0,5 мА, для його посилення в даному варіанті сенсорного перемикача використовується транзистор, який забезпечує посилення струму приблизно до 50 мА, що є достатнім для роботи ряду невеликих електронних пристроїв. При необхідності можна забезпечити додаткове посилення по струму у відповідності зі схемою, наведеною на рис. 1.2.

Конструкція сенсорного перемикача збирається на звичайній плати, на одній стороні якої є 10 мідних смужок з 24 отворами в кожній з кроком 2,5 мм. Насамперед у смужках необхідно зробити розрізів 15 у місцях, позначених червоним кольором на рис. 1.3. Найдрібніші задирки, які утворюються на краях розрізів, слід видалити. Для виявлення майже невидимих оком задирок можна скористатися збільшувальним склом. Реальні ділянки смужок, які формують схему, показані червоним кольором на рис. 1.4, на якому дано розташування елементів сенсорного перемикача. Елементи схеми монтуються в будь-якому порядку. Однак для полегшення складання схеми краще починати з монтажу перемичок (в даній схемі їх 11). Потім слід монтаж самих нижніх елементів, оскільки їх зручніше утримувати при пайку. Слід пам'ятати, що КМОП-мікросхема при недотриманні заходів може вийти з ладу в результаті впливу статичної електрики, тому її монтаж доцільніше проводити в останню чергу. Краще користуватися панеллю з 14 висновками, розташованими у два ряди, так як використання такої панелі полегшує установку або заміну мікросхем при виході її з ладу. Як правило, КМОП-мікро-схеми поставляються в упаковці з провідного матеріалу. Це може бути фольга або проводить пластмаса. Використання контактних штирів для міжплатний сполук необов'язково, однак це полегшує збірку пристрою в цілому.

Контактні пластини можуть бути виготовлені практично з будь-якого провідного матеріалу. Це можуть бути, наприклад, дві металеві пластини, розташовані на певній відстані один від одного, або дві головки гвинтів і т. п. Надійні контактні пластини можна виготовити з шматочки матеріалу плати з паралельними мідними смугами. При цьому слід пам'ятати, що для надійної роботи схеми опір проміжку між двома контактами повинно бути не нижче 20 МОм. Інтервал робочих напруг 3-15 Ст.

Плата; 10 смужок з 1А отворами, щаг 2,5 мм; панель на 14 висновків, дворядне розташування; штирі; неізольований луженый мідний дріт для виготовлення перемичок.

    

 «Електронні пристрої для дому» Наступна сторінка >>>

 

Інші книги розділу: Довідник з ремонту побутової техніки Холодильники: ремонт, експлуатація "Технічна творчість"