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复杂的机械开关太贵了?这个改造方法成本低到离谱

2025-03-20 17:25:05 Stephen Woodward 阅读:
将一个D型触发器和几个分立器件添加到一个极小的SPST瞬时按钮上,实现了经典的按开、按断开关,从而达到了成本节约的目的···

拨动、滑动、推拉、按压、触觉、旋转等可供选择的开关样式不胜枚举。当然,随着机械复杂程度的增加,价格(通常)也会上涨,因此,更简单通常也意味着更便宜。图1将一个D型触发器和几个分立器件添加到一个极小的SPST瞬时按钮上,实现了经典的按开、按断开关,从而达到了成本节约的目的。zCHednc

图1:F1a以再生方式对S1进行去抖动,因此F1b可以可靠地打开和关闭。zCHednc

机械开关一个普遍会发生的事是触点抖动,除非它们是(非常罕见的)水银润湿型。当触动开关时,电路不是一次闭合,而是多次闭合,通常间隔一到两毫秒,这就是F1a触发器周围设置RC网络和其他奇怪连接的原因。zCHednc

当按下S1并闭合电路时,C1的10毫秒的充电,并持续到引脚4的0/1切换阈值,当发生这种情况时,F1a同时设置为1并重置为0。这种矛盾的组合是所有“双稳态”逻辑元件(理论上)都无法容忍的情况,那么,它是否会因为自相矛盾而自毁呢?zCHednc

实际上,4013数据真值表告诉我们,不会出现如此戏剧性(且没什么好处)的情况。根据真值表,当以这种方式连接时,F1a只是作为一个非反相缓冲器,引脚2跟随引脚4的状态,当引脚4上升到阈值以上时突然变高,当下降到阈值以下时突然变低。通过C1的正反馈使转换更加清晰,同时确保F1a忽略不可避免的S1抖动。同时,传递到F1b引脚11时钟引脚的干净转换使其可靠地切换,如果关闭则翻转为开启,如果开启则翻转为关闭,并保持到下一次释放S1然后再次按下为止。zCHednc

这样,就实现了一开始所说的按开、按断功能!zCHednc

F1b引脚13的阻抗取决于电源电压,范围从5V时的500Ω到15V时的200Ω。如果所连接负载的电流需求足够低,则可以直接从F1b引脚13获取电源,并且无需使用Q1 MOSFET。否则,就需要Q1 MOSFET,并且需要选择一个性能合适的晶体管。例如,图中所示的DMP3099L的Ron小于0.1Ω,可以通过3A电流。zCHednc

4013输入电流通常只有10pA。因此,如图2所示,由一小块电路板蜿蜒组成的简单直流触摸板就可以提供足够的驱动,并可以完全省去S1,很难找到比这更便宜的了。zCHednc

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图2:增加RC网络电阻可以用一个简单的触摸板替代S1。zCHednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Flip ON flop OFF,由Ricardo Xie编译)zCHednc

责编:Ricardo
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