28-07-2016

Anthony Smith

Слаботкові вимикачі без фіксації, подібні до тактових кнопок, що монтуються на плату, дешеві, доступні і відрізняються великою різноманітністю розмірів і стилів. У той же час кнопки з фіксацією часто мають більші габарити, вони дорожчі, а діапазон їх конструктивних варіантів відносно обмежений. Це може бути проблемою, якщо вам буде потрібно мініатюрний недорогий вимикач для фіксації живлення навантаження. У статті пропонується схемне рішення, що дозволяє надати кнопці із самоповерненням функцію фіксації.

Раніше були запропоновані конструкції, схеми яких ґрунтувалися на дискретних компонентах та мікросхемах. Однак нижче буде описана схема, якій для виконання тих же функцій потрібно всього пара транзисторів і жменю пасивних компонентів.

На малюнку 1а наведено варіант схеми включення живлення для випадку навантаження, підключеного до землі. Схема працює у режимі «перемикача»; це означає, що перше натискання включає живлення навантаження, друге вимикає, і таке інше.

Щоб зрозуміти принцип роботи схеми, уявімо, що джерело живлення +V S щойно підключено, конденсатор C1 у вихідному стані розряджений, і транзистор Q1 вимкнений. При цьому резистори R1 і R3 виявляються послідовно включеними і підтягують затвор P-канального MOSFET Q2 до шини +V S , утримуючи транзистор в закритому стані. Зараз схема знаходиться в «деблокованому» стані, коли напруга навантаження V L на контакті OUT (+) дорівнює нулю.

При короткочасному натисканні нормально розімкнутої кнопки затвор Q2 підключається до конденсатора C1, розрядженого до 0, і MOSFET включається. Напруга навантаження на клемі OUT (+) негайно збільшується до +V S через резистор R4 транзистор Q1 отримує базове зміщення і відкривається. Внаслідок цього Q1 насичується і через резистор R3 підключає Q2 затвор до землі, утримуючи MOSFET відкритим, коли контакти кнопки розімкнені. Тепер схема перебуває у «зафіксованому» стані, коли обидва транзистора відкриті, навантаження отримує живлення, а конденсатор C1 заряджається до напруги +V S через резистор R2.

Після повторного короткочасного замикання перемикача напруга на конденсаторі C1 (тепер дорівнює +V S) виявиться прикладеним до затвора Q2. Оскільки напруга затвор-виток Q2 тепер близько до нуля, MOSFET вимикається, і напруга навантаження падає до нуля. Напруга база-емітер Q1 також опускається до нуля, закриваючи транзистор. В результаті при відпущеній кнопці ніщо не утримує Q2 у відкритому стані, і схема повертається в «деблокований» стан, коли обидва транзистори вимкнені, навантаження знеструмлено, а C1 розряджається через резистор R2.

Шунтуючий вихідні затискачі резистор R5 встановлювати необов'язково. У разі відпущеної кнопки конденсатор C1 розряджається на навантаження через резистор R2. Якщо імпеданс навантаження дуже великий (тобто, порівнянний з величиною R2), або навантаження містить активні пристрої, такі, скажімо, як світлодіоди, напруга навантаження під час вимкнення Q2 може виявитися досить великою, щоб через резистор R4 відкрити транзистор Q1 і не дозволити схемі вимкнутись. Резистор R5 під час вимикання Q2 підтягує клему OUT (+) до шини 0 В, забезпечуючи швидке вимикання Q1 і даючи схемі можливість належним чином перейти у закритий стан.

При правильному виборі транзисторів схема буде працювати в широкому діапазоні напруг і може використовуватися для управління такими навантаженнями, як реле, соленоїди, світлодіоди і т. д. Однак не забувайте, що вентилятори і мотори, що працюють на постійному струмі, продовжують обертатися і після вимкнення живлення. Це обертання може створювати протиЕРС, досить велику, щоб відкрити транзистор Q1 і не дозволити схемі вимкнутись. Вирішення проблеми показано на малюнку 1б, де послідовно з виходом включений блокувальний діод. У цьому випадку також можна додати схему в резистор R5.

На малюнку 2 зображена ще одна схема, призначена для навантажень, підключених до верхньої шині живлення, таких, наприклад, як показане в цьому прикладі електромагнітне реле.

Зверніть увагу, що Q1 був замінений на p-n-p транзистором, а на місці Q2 тепер знаходиться N-канальний MOSFET. Ця схема працює так само, як схема описана вище. Тут R5 виконує функцію резистора, що підтягує, з'єднує вихідний контакт OUT (-) з шиною +V S , коли транзистор Q2 вимикається, і забезпечує швидке закривання Q1. Як і в попередній схемі, резистор R5 є необов'язковим компонентом і встановлюється тільки при деяких типах навантаження, згаданих вище.

Зауважимо, що в обох схемах постійна часу C1, R2 вибирається виходячи з необхідного придушення брязкальця контактів. Зазвичай нормальною вважається величина від 0.25 до 0.5 с. Найменші постійні часу можуть призвести до нестійкої роботи схеми, у той час як більші збільшують час очікування між замикання контактів кнопки, за який повинен відбутися досить повний заряд і розряд конденсатора C1. При зазначених на схемі значення C1 = 330 нФ і R2 = 1 МОм номінальна величина постійної часу дорівнює 0.33 с. Зазвичай цього буває достатньо, щоб усунути брязкіт контактів і переключити навантаження за кілька секунд.

Обидві схеми призначені для фіксації та відпускання ключа у відповідь на короткочасні замикання контактів. Однак кожна з них проектувалася таким чином, щоб гарантувати правильну роботу навіть за будь-якого тривалого натискання кнопки. Розглянемо схему на Малюнку 2 коли транзистор Q2 закритий. Якщо кнопка натискається для вимкнення схеми, затвор підключається до потенціалу 0 (оскільки конденсатор C1 розряджений), і MOSFET закривається, даючи можливість загальній точці резисторів R1 і R2 підключитися до шини +V S через резистор R5 і імпеданс навантаження. Одночасно Q1 також вимикається, у результаті затвор Q2 виявляється з'єднаним з шиною GND через резистори R3 і R4. Якщо кнопку відразу відпустити, C1 просто зарядиться через резистор R2 до напруги + V S . Однак, якщо залишити кнопку замкнутої, напруга затвора Q2 визначатиметься потенціалом дільника, утвореного резисторами R2 і R3+R4. Вважаючи, що при розблокованій схемі напруга на контакті OUT (-) приблизно дорівнює +V S для напруги затвор-виток транзистора Q2 можна записати наступний вираз:

Навіть якщо напруга +V S дорівнюватиме 30 В, результуючого напруги 0.6 В між затвором і витоком не вистачить, щоб відкрити MOSFET знову. Отже, при розімкнених контактах кнопки обидва транзистори залишатимуться вимкненими.

Радіоаматору Електроживлення

Увімкнення та вимкнення однією кнопкою

Вмикати та вимикати лише однією кнопкою

У радіоелектроніці виникають ситуації, коли на одне або кілька навантажень потрібно лише одна кнопка, яка включатиме і вимикатиме живлення. Такий підхід має переваги перед розміщенням у корпусі двох кнопок чи об'ємних тумблерів. Також є можливість застосувати стильні та компактні сенсорні кнопки. Або використовувати включення та вимкнення однією кнопкою у випадках, коли кнопка є лише одна. Буде розглянуто дві схеми, у різних виконаннях та з різними варіантами харчування. Обидва варіанти робітники та перевірені. Якщо монтаж компонентів проводився грамотно і без замін деталей, працювати все буде справно.

Увімк. та вимк. однією кнопкою – схема на тригері

Живлення схеми становить від 7 до 35 В. Всі деталі недорогі, а повторення схеми під силу людям, далекими від радіоелектроніки. Кнопку можна використовувати будь-яку, навіть від дзвінків, аби могла з'єднати та роз'єднати контакт. Тримати її можна скільки завгодно, оскільки тригер спрацює лише за роз'єднанні контакту. Відповідно, в наступне положення він увійде за нового натискання.

Увімк. та вимк. однією кнопкою – схема на таймері 555

Ще одна примітна схема побудована на таймері 555. Примітна вона тим, що напруга живлення використовується мережна, а навантажень можна підключити кілька, так само, як і кнопок. На схемі вказані місця для наступних підключень.

Багато побутових електроприладів, будь то музичні центри, телевізори, різні світильники, включаються і вимикаються шляхом натискання однієї і тієї ж кнопки. Натиснув один раз – прилад увімкнувся, натиснув ще раз – вимкнувся. У радіоаматорській практиці часто виникає необхідність реалізувати цей принцип. Такі кнопки часто використовують при побудові саморобних підсилювачів у витончених корпусах, пристрій з цим принципом включення та вимкнення виглядає вже куди досконалішим, нагадуючи заводський прилад.

Схема пристрою

Схема включення та вимкнення навантаження однією кнопкою представлена ​​нижче. Вона проста як валянок, не містить дефіцитних компонентів та запускається відразу. Отже, схема:

Її ключова ланка – найпопулярніша мікросхема таймер NE555. Саме вона реєструє натискання клавіші та встановлює на виході або логічну 1, або 0. Кнопка S1 – будь-яка кнопка замикання без фіксації, т.к. Через неї майже не протікає струм, вимог до кнопки немає ніяких. Я взяв першу-ліпшу, радянську 60-х років.

Конденсатор С1 і резистор R3 пригнічують брязкіт контактів кнопки, С1 найкраще застосувати неполярний керамічний або плівковий. Світлодіод LED1 індикує про стан навантаження – світлодіод горить, навантаження увімкнено, погашено – вимкнено. Транзистор Т1 комутує обмотку реле, тут можна застосувати будь-який малопотужний транзистор структури NPN, наприклад BC547, КТ3102, КТ315, BC184, 2N4123. Діод, що стоїть паралельно до обмотки реле, служить для придушення імпульсів самоіндукції, що виникають в обмотці. Можна застосовувати будь-який малопотужний діод, наприклад КД521, 1N4148. Якщо навантаження споживає невеликий струм, можна підключати безпосередньо до схеми замість обмотки реле. У такому разі варто поставити транзистор помічніше, наприклад, КТ817, а діод можна виключити.

Матеріали

Для складання схеми знадобиться:

• Мікросхема 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 фіксації – 1 шт.
• Діод КД521 - 1 шт.
• Світлодіод на 3 ст. - 1 шт.
• Реле – 1 шт.

Крім того, необхідний паяльник, флюс, припій та вміння збирати електронні схеми. Електронні компоненти коштують майже копійки та продаються в будь-якому магазині радіодеталей.

Складання пристрою

Насамперед необхідно виготовити друковану плату. Вона виконується методом ЛУТ, файл до статті додається. Віддзеркалювати перед печаткою не потрібно. Метод ЛУТ неодноразово описувався в інтернеті, навчитися йому не так уже й важко. Декілька фотографій процесу:
Завантажити плату:

(завантажень: 958)

Якщо під рукою немає принтера, намалювати друковану плату можна маркером або лаком, адже вона досить невелика. Після свердління отворів плату потрібно залудити, щоб запобігти окисленню мідних доріжок.
Після виготовлення плати можна приступати до запаювання деталей. Спочатку запаюються дрібні компоненти – резистори, діоди. Після цього конденсатори, мікросхеми та все інше. Провід можна як впаяти безпосередньо в плату, так і з'єднати їх з платою за допомогою клемників. Контакти живлення та контакти OUT для підключення реле я вивів через клемники, а кнопку впав безпосередньо в плату на парі проводків.

Таким чином, цю плату можна вбудувати в якийсь прилад, будь то підсилювач, саморобний світильник, або що-небудь інше, що вимагає вмикання та вимкнення однією кнопкою без фіксації. У мережі є безліч інших подібних схем, побудованих на радянських мікросхемах, транзисторах, проте саме ця схема з використанням мікросхеми NE555 зарекомендувала себе як найпростіша і водночас надійна.

Принцип роботи наочно показаний відео.

Іноді виникає необхідність керувати тим чи іншим навантаженням лише однією кнопкою. Кнопки бувають двох типів з фіксацією та без. Якщо використовувати кнопки без фіксації, наприклад, для включення світлодіода, то при натисканні світлодіод засвітиться, а при відпусканні згасне.

Наведена схема проста до неподобства і складається із трьох транзисторів, дві з яких зворотної провідності. Працює вона за наступним принципом – при першому натисканні світлодіод засвітиться, при повторному – згасне.

Областей застосування такої простої електронної кнопки дуже багато, від простих ліхтариків до потужних комутаційних систем.

Як це працює

У початковий момент, коли на схему подається живлення, всі три транзистори закриті, одночасно через ланцюжок резисторів R1 і R2 заряджається електролітичний конденсатор C1, напруга на ньому дорівнює напруги живлення. При натисканні на кнопку позитивний сигнал з конденсатора надходить на базу транзистора VT3 відмикаючи його, по відкритому переходу цього транзистора напруга надходить на базу транзистора VT2, внаслідок чого він відкривається. Навантаження, у разі світлодіод, теж активується, ще під час спрацьовування транзистора VT3.

Ця частина схеми являє собою тригерну клямку. Транзистор VT3 відкриває VT2, а той, відкриваючись, подає напругу на базу транзистора VT3 утримуючи його у відкритому стані.

У такому стані схема може бути нескінченно довгий час. До того ж кнопку можна просто натиснути і відпустити, а не утримувати в натиснутому стані.

Транзистор VT2, що відкривається, відкриває також і транзистор VT1. У цьому стані у нас усі три транзистори відкриті. Коли VT1 ​​відкритий через його відкритий перехід і резистор R2, конденсатор C1 буде розряджатися, звідси можна зробити висновок, що коли транзистори відкриті, конденсатор розряджений.

При повторному натисканні кнопки база транзистора VT3 виявляється підключеною до мінусової обкладки конденсатора C1, на базі ключа напруга в районі 0,7 вольт, і внаслідок заряду конденсатора воно просідає і він замикається. Із замиканням транзистора VT3, конденсатор знову починає заряджатися в штатному режимі через раніше зазначені резистори.

Комутацію навантаження здійснює транзистор VT3, його можна взяти помічніше, наприклад bd139, в цьому випадку у нас з'явиться можливість підключати до схеми потужніші навантаження, або можна посилити сигнал з виходу нашої кнопки додатковим транзистором.

Використані у схемі транзистори не критичні, можна взяти будь-які малої та середньої потужності відповідної провідності. Номінали інших компонентів схеми можна відхиляти у той чи інший бік на 30%.

Схема не ненажерлива, від джерела живлення в 5 вольт струм споживання без навантаження всього 850 мікроАмпер, так, що сміливо можна задіяти як вимикач ну скажімо в кишеньковому ліхтарику.