28-07-2016

Anthony Smith

Слаботочные выключатели без фиксации, подобные монтируемым на плату тактовым кнопкам, дешевы, доступны и отличаются большим разнообразием размеров и стилей. В то же время кнопки с фиксацией часто имеют бóльшие габариты, они дороже, а диапазон их конструктивных вариантов относительно ограничен. Это может оказаться проблемой, если вам потребуется миниатюрный недорогой выключатель для фиксации питания нагрузки. В статье предлагается схемное решение, позволяющее придать кнопке с самовозвратом функцию фиксации.

Ранее были предложены конструкции, схемы которых основывались на дискретных компонентах и микросхемах , . Однако ниже будет описана схема, которой для выполнения тех же функций потребуется всего пара транзисторов и горсть пассивных компонентов.

На Рисунке 1а приведен вариант схемы включения питания для случая нагрузки, подключенной к земле. Схема работает в режиме «переключателя»; это значит, что первое нажатие включает питание нагрузки, второе выключает, и так далее.

Чтобы понять принцип работы схемы, представим, что источник питания +V S только что подключен, конденсатор C1 в исходном состоянии разряжен, и транзистор Q1 выключен. При этом резисторы R1 и R3 оказываются включенными последовательно и подтягивают затвор P-канального MOSFET Q2 к шине +V S , удерживая транзистор в закрытом состоянии. Сейчас схема находится в «деблокированном» состоянии, когда напряжение нагрузки V L на контакте OUT (+) равно нулю.

При кратковременном нажатии нормально разомкнутой кнопки затвор Q2 подключается к конденсатору C1, разряженному до 0 В, и MOSFET включается. Напряжение нагрузки на клемме OUT (+) немедленно увеличивается до +V S , через резистор R4 транзистор Q1 получает базовое смещение и открывается. Вследствие этого Q1 насыщается и через резистор R3 подключает затвор Q2 к земле, удерживая MOSFET открытым, когда контакты кнопки разомкнуты. Теперь схема находится в «зафиксированном» состоянии, когда оба транзистора открыты, нагрузка получает питание, а конденсатор C1 заряжается до напряжения +V S через резистор R2.

После повторного кратковременного замыкания переключателя напряжение на конденсаторе C1 (теперь равное +V S) окажется приложенным к затвору Q2. Поскольку напряжение затвор-исток Q2 теперь близко к нулю, MOSFET выключается, и напряжение нагрузки падает до нуля. Напряжение база-эмиттер Q1 также опускается до нуля, закрывая транзистор. В результате при отпущенной кнопке ничто не удерживает Q2 в открытом состоянии, и схема возвращается в «деблокированное» состояние, когда оба транзистора выключены, нагрузка обесточена, а C1 разряжается через резистор R2.

Шунтирующий выходные зажимы резистор R5 устанавливать необязательно. При отпущенной кнопке конденсатор C1 разряжается на нагрузку через резистор R2. Если импеданс нагрузки очень велик (то есть, соизмерим с величиной R2), или нагрузка содержит активные устройства, такие, скажем, как светодиоды, напряжение нагрузки во время выключения Q2 может оказаться достаточно большим, чтобы через резистор R4 открыть транзистор Q1 и не позволить схеме выключиться. Резистор R5 при выключении Q2 подтягивает клемму OUT (+) к шине 0 В, обеспечивая быстрое выключение Q1 и давая схеме возможность надлежащим образом перейти в закрытое состояние.

При правильном выборе транзисторов схема будет работать в широком диапазоне напряжений и может использоваться для управления такими нагрузками, как реле, соленоиды, светодиоды и т. д. Однако не забывайте, что некоторые работающие на постоянном токе вентиляторы и моторы продолжают вращаться и после выключения питания. Это вращение может создавать противоЭДС, достаточно большую, чтобы открыть транзистор Q1 и не позволить схеме выключиться. Решение проблемы показано на Рисунке 1б, где последовательно с выходом включен блокировочный диод. В этом случае также можно добавить в схему в резистор R5.

На Рисунке 2 изображена еще одна схема, предназначенная для нагрузок, подключенных к верхней шине питания, таких, например, как показанное в этом примере электромагнитное реле.

Обратите внимание, что Q1 был заменен p-n-p транзистором, а на месте Q2 теперь находится N-канальный MOSFET. Эта схема работает точно так же, как схема описанная выше. Здесь R5 выполняет функцию подтягивающего резистора, соединяющего выходной контакт OUT (-) с шиной +V S , когда транзистор Q2 выключается, и обеспечивающего быстрое закрывание Q1. Как и в предыдущей схеме, резистор R5 является необязательным компонентом, и устанавливается только при некоторых типах нагрузки, упомянутых выше.

Заметим, что в обеих схемах постоянная времени C1, R2 выбирается исходя из требуемого подавления дребезга контактов. Обычно нормальной считается величина от 0.25 с до 0.5 с. Меньшие постоянные времени могут привести к неустойчивой работе схемы, в то время как бóльшие увеличивают время ожидания между замыканиями контактов кнопки, за которое должен произойти достаточно полный заряд и разряд конденсатора C1. При указанных на схеме значениях C1 = 330 нФ и R2 = 1 МОм номинальная величина постоянной времени равна 0.33 с. Обычно этого бывает достаточно, чтобы устранить дребезг контактов и переключить нагрузку за время порядка пары секунд.

Обе схемы предназначены для фиксации и отпускания ключа в ответ на кратковременные замыкания контактов. Однако каждая из них проектировалась таким образом, чтобы гарантировать правильную работу даже при сколь угодно длительном нажатии кнопки. Рассмотрим схему на Рисунке 2, когда транзистор Q2 закрыт. Если кнопка нажимается для выключения схемы, затвор подключается к потенциалу 0 В (поскольку конденсатор C1 разряжен), и MOSFET закрывается, давая возможность общей точке резисторов R1 и R2 подключиться к шине +V S через резистор R5 и импеданс нагрузки. Одновременно Q1 также выключается, в результате чего затвор Q2 оказывается соединенным с шиной GND через резисторы R3 и R4. Если кнопку сразу же отпустить, C1 просто зарядится через резистор R2 до напряжения +V S . Однако если оставить кнопку замкнутой, напряжение затвора Q2 будет определяться потенциалом делителя, образованного резисторами R2 и R3+R4. Считая, что при разблокированной схеме напряжение на контакте OUT (-) приблизительно равно +V S , для напряжения затвор-исток транзистора Q2 можно записать следующее выражение:

Даже если напряжение +V S будет равно 30 В, результирующего напряжения 0.6 В между затвором и истоком не хватит, чтобы открыть MOSFET вновь. Следовательно, при разомкнутых контактах кнопки оба транзистора будут оставаться выключенными.

Радиолюбителю Электропитание

Включение и выключение одной кнопкой

Включать и выключать только одной кнопкой

В радиоэлектронике возникают ситуации, когда на одну или несколько нагрузок потребуется только одна кнопка, которая будет включать и выключать питание. Такой подход имеет преимущества перед размещением в корпусе двух кнопок или объемных тумблеров. Также, есть возможность применить стильные и компактные сенсорные кнопки. Или использовать включение и выключение одной кнопкой в случаях, когда кнопка в наличии всего одна. Будет рассмотрено две схемы, в разных исполнениях и с разными вариантами питания. Оба варианта рабочие и проверенные. Если монтаж компонентов производился грамотно и без замен деталей, то работать всё будет исправно.

Вкл. и выкл. одной кнопкой – схема на триггере

Питание схемы составляет от 7 В до 35 В. Все детали недорогие, а повторение схемы под силу людям, далекими от радиоэлектроники. Кнопку можно использовать любую, даже от звонков, лишь бы могла соединить и разъединить контакт. Держать её можно сколько угодно, так как триггер сработает только при разъединении контакта. Соответственно, в следующее положение он войдет при новом нажатии.

Вкл. и выкл. одной кнопкой – схема на таймере 555

Еще одна примечательная схема построена на таймере 555. Примечательна она тем, что питающее напряжение используется сетевое, а нагрузок можно подключить несколько, равно, как и кнопок. На схеме указаны места последующих подключений.

Многие бытовые электроприборы, будь то музыкальные центры, телевизоры, различные светильники, включаются и выключаются путём нажатия одной и той же кнопки. Нажал один раз – прибор включился, нажал ещё раз – выключился. В радиолюбительской практике часто возникает необходимость реализовать этот же принцип. Такие кнопки часто используют при построении самодельных усилителей в изящных корпусах, устройство с этим принципом включения и выключения выглядит уже куда более совершенным, напоминая заводской прибор.

Схема устройства

Схема включения и выключения нагрузки одной кнопкой представлена ниже. Она проста как валенок, не содержит дефицитных компонентов и запускается сразу. Итак, схема:

Её ключевое звено – популярная микросхема таймер NE555. Именно она регистрирует нажатие клавиши и устанавливает на выходе либо логическую 1, либо 0. Кнопка S1 – любая кнопка на замыкание без фиксации, т.к. через неё практически не протекает ток, требований к кнопке нет практически никаких. Я взял первую попавшуюся, советскую 60-х годов.

Конденсатор С1 и резистор R3 подавляют дребезг контактов кнопки, С1 лучше всего применить неполярный керамический или плёночный. Светодиод LED1 индицирует о состоянии нагрузки – светодиод горит, нагрузка включена, погашен – выключена. Транзистор Т1 коммутирует обмотку реле, здесь можно применить любой маломощный транзистор структуры NPN, например, BC547, КТ3102, КТ315, BC184, 2N4123. Диод, стоящий параллельно обмотке реле, служит для подавления импульсов самоиндукции, возникающих в обмотке. Можно применять любой маломощный диод, например, КД521, 1N4148. Если нагрузка потребляет небольшой ток, можно подключать её непосредственно к схеме вместо обмотки реле. В таком случае стоит поставить транзистор помощней, например, КТ817, а диод можно исключить.

Материалы

Для сборки схемы понадобится:

• Микросхема NE555 – 1 шт.
• Транзистор BC547 – 1 шт.
• Конденсатор 1 мкФ -1 шт.
• Резистор 10 кОм – 2 шт.
• Резистор 100 кОм – 1 шт.
• Резистор 1 кОм – 2 шт.
• Кнопка без фиксации – 1 шт.
• Диод КД521 – 1 шт.
• Светодиод на 3 в. – 1 шт.
• Реле – 1 шт.

Кроме того, необходим паяльник, флюс, припой и умение собирать электронные схемы. Электронные компоненты стоят почти копейки и продаются в любом магазине радиодеталей.

Сборка устройства

В первую очередь, необходимо изготовить печатную плату. Она выполняется методом ЛУТ, файл к статье прилагается. Отзеркаливать перед печатью не нужно. Метод ЛУТ неоднократно описывался в интернете, научиться ему не так уж и трудно. Несколько фотографий процесса:
Скачать плату:

(cкачиваний: 958)

Если под рукой нет принтера, нарисовать печатную плату можно маркером или лаком, ведь она достаточно небольшая. После сверления отверстий плату нужно залудить, чтобы предотвратить окисление медных дорожек.
После изготовления платы можно приступать к запаиванию в неё деталей. Сначала запаиваются мелкие компоненты – резисторы, диоды. После этого конденсаторы, микросхемы и всё остальное. Провода можно как впаять напрямую в плату, так и соединить их с платой с помощью клеммников. Контакты питания и контакты OUT для подключения реле я вывел через клеммники, а кнопку впаял непосредственно в плату на паре проводков.

Таким образом, эту плату можно встроить в какой-нибудь прибор, будь то усилитель, самодельный светильник, или что-либо иное, требующего включения и выключения одной кнопкой без фиксации. В сети есть множество других подобных схем, построенных на советских микросхемах, транзисторах, однако именно эта схема с использованием микросхемы NE555 зарекомендовала себя как самая простая и одновременно с этим надёжная.

Принцип работы наглядно показан на видео.

Иногда возникает необходимость управлять той или иной нагрузкой всего одной кнопкой. Кнопки бывают двух типов с фиксацией и без. Если использовать кнопки без фиксации, например для включения светодиода, то при нажатии светодиод засветится, а при отпускании потухнет.

Приведенная схема проста до безобразия и состоит из трех транзисторов, две из которых обратной проводимости. Работает она по следующему принципу - при первом нажатии светодиод засветится, при повторном - потухнет.

Областей применения такой простой электронной кнопки очень много, от простых фонариков до мощных систем коммутации.

Как это работает

В начальный момент, когда на схему подается питание, все три транзистора закрыты, одновременно через цепочку резисторов R1 и R2 заряжается электролитический конденсатор C1, напряжение на нем равно напряжению питания. При нажатии на кнопку положительный сигнал с конденсатора поступает на базу транзистора VT3 отпирая его, по открытому переходу этого транзистора напряжение поступает на базу транзистора VT2, в следствии чего он также открывается. Нагрузка, в нашем случае светодиод, тоже активируется, еще во время срабатывания транзистора VT3.

Эта часть схемы представляет из себя триггерную защелку. Транзистор VT3 открывает VT2, а тот открываясь подает напряжение на базу транзистора VT3 удерживая его в открытом состоянии.

В таком состоянии схема может находится бесконечно долгое время. Притом кнопку можно просто нажать и отпустить, а не удерживать в нажатом состоянии.

Открывающийся транзистор VT2 открывает также и транзистор VT1. В этом состоянии у нас все три транзистора открыты. Когда VT1 открыт, через его открытый переход и резистор R2, конденсатор C1 будет разряжаться, отсюда можно сделать вывод, что когда транзисторы открыты, конденсатор разряжен.

При повторном нажатии кнопки база транзистора VT3 оказывается подключенной к минусовой обкладке конденсатора C1, на базе ключа напряжение в районе 0,7 вольт, и в следствии заряда конденсатора оно просаживается и он запирается. С запиранием транзистора VT3, конденсатор опять начинает заряжаться в штатном режиме, через ранее указанные резисторы.

Коммутацию нагрузки осуществляет транзистор VT3, его можно взять помощней, например bd139, в этом случае у нас появится возможность подключать к схеме более мощные нагрузки, ну или можно усилить сигнал с выхода нашей кнопки дополнительным транзистором.

Использованные в схеме транзисторы не критичны, можно взять любые малой и средней мощности соответствующей проводимости. Номиналы других компонентов схемы можно отклонять в ту или иную сторону на 30%.

Схема не прожорливая, от источника питания в 5 вольт ток потребления без нагрузки всего 850 микроАмпер, так, что смело можно задействовать в качестве выключателя ну скажем в карманном фонарике.