在本设计实例中，我们将研究机电继电器为何表现出与固态施密特触发器电路惊人相似的迟滞行为，以及它们为何能用于许多类似的应用。本设计实例的灵感来自Vladimir Oleynik的设计实例“Schmitt trigger provides toggle function(利用施密特触发器实现开关功能)”[1]。Anthony Smith也有几篇相关的设计实例[3，4，5]。
图1中所示的电路采用机电方法来实现开关功能，它用继电器替换了Olenyik设计中的施密特触发器IC。
图1：瞬时接触按钮开关。
与施密特触发器一样，继电器是非线性元件并具有滞后效应。此处所使用的继电器是商用HK-19F DPDT DIP继电器[2]，工作电压为12V。其典型吸合电压为7.3V(10mA)，典型释放电压为2.7V(3mA)。这是在十几个继电器批次中所测得的数据。此类型继电器所具有的指定典型接通时间为5ms。
上电时，大约会有6mA的偏置电流通过R1流过K1的线圈。这不足以产生吸合，因此继电器保持关闭状态。K1第1极的常闭端给电阻R2的上端提供12V电压。当按下按钮时，C1因此在大约60ms内被充电到V+。当松开按钮时，将会有一个峰值为12V的电流脉冲施加到K1的线圈上。这将使继电器接通，然后由于滞后和偏置电流，在电容器放电至偏置电压后，其将保持接通状态。接通时，第1极常开触点闭合，从而将电阻R2上端接地。因此，当再次按下按钮时，电容器将被完全放电，释放时则会有效地将继电器线圈分流到地而使其关断。因为线圈电流现在低于吸合阈值，它将保持关闭。
该电路的一个优点是保持状态不依赖于闭锁，因此可使继电器的一个极隔离而可以自由地开关负载。它以一种最小的自控制的封装提供了按开/按关电源功能。
这种基本的开关模块可以级联使用而实现二进制计数器。图2中的电路实现了一个四位计数器。输入信号为12V脉冲形式。若使用图1所示的元件值，则计数器可以处理高达30Hz的信号。
图2：一种四位二进制计数器，它由变频张弛振荡器驱动。
请注意，在图2中，逻辑模块化是通过将继电器线圈(虚线)的磁场显示为信号耦合的一部分来说明的。在物理上，每个继电器都是计数器的两个连续位的一部分。
该计数器使用继电器振荡器进行测试驱动，如图2所示。从数字逻辑的角度来看，这本质上是一个张弛振荡器，它使用单个缓冲器和反相器实现，并带有RC控制的反馈回路。使用带有12V电源的6V继电器，可以实现相对较宽的频率控制范围。由于具有反馈回路，6V继电器不会受到过电压的影响。在图1中所示的元件值覆盖大约从1.2Hz到10Hz的条件下，其在测试中获得了超过5:1的频率范围。
当然，有多种继电器可以使用，并且这些电路也有很多变化。节拍器和时钟是其潜在的应用。一个有意思的挑战是仅使用继电器和无源元件来设计准确的频率源。另一个挑战是设计这些电路而使其能够在电子管、晶体管和IC成为常用有源或无源开关元器件的时代之前被制作出来。
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（原文刊登于EDN美国版，参考链接：Relay hysteresis provides toggle function，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2022年3月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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