Elektronicky blokovací přepínače (*vylepšené!*): 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Termín „tlačítka rádia“pochází z konstrukce starých autorádií, kde by byla řada tlačítek předem naladěných na různé kanály a mechanicky propojená tak, aby bylo možné zasunout pouze jedno najednou.

Chtěl jsem najít způsob, jak vyrábět přepínače, aniž bych musel kupovat nějaké skutečné blokovací spínače, protože chci mít možnost vybrat alternativní přednastavené hodnoty v jiném projektu, který již má otočný přepínač, takže jsem chtěl jiný styl, abych se vyvaroval chyb.

Hmatové spínače jsou hojné a levné a já mám náklad rozebraný z různých věcí, takže se zdálo, že je to přirozená volba. Šestihranný klopný obvod typu D, 74HC174, provádí funkci blokování pěkně pomocí některých diod. Možná by nějaký jiný čip mohl udělat lepší práci, ale '174 je velmi levný a diody byly zdarma (tahání desky)

Jsou také zapotřebí některé odpory a kondenzátory pro odražení spínačů (v první verzi) a zajištění resetování při zapnutí. Od té doby jsem zjistil, že zvýšením kondenzátoru se zpožděním hodin nejsou kondenzátory s odskokem přepínače potřeba.

V Logisimu běží simulace „interlock.circ“, kterou si můžete stáhnout zde: https://www.cburch.com/logisim/ (Bohužel již není ve vývoji).

Vyrobil jsem 2 vylepšené verze obvodu, v prvním jsou odstraněny pouze kondenzátory pro odskok. Ve druhém je přidán tranzistor, který umožňuje aktivaci jednoho z tlačítek při zapnutí, což dává výchozí nastavení.

Zásoby

• 1x 74HC174
• 6x dotykové spínače nebo jiný typ momentálních spínačů
• 7x 10k odpory. Ty mohou být SIL nebo DIL baleny se společným terminálem. Použil jsem 2 balíčky obsahující každý 4 odpory.
• 6x 100n kondenzátory - přesná hodnota není důležitá.
• 1x 47k odpor
• 1x 100n kondenzátor, minimální hodnota. Použijte cokoli do 1u.
• Výstupní zařízení, např. Malé mosfety nebo LED diody
• Materiály pro montáž obvodu

Krok 1: Stavba

Sestavte pomocí vámi preferované metody. Použil jsem oboustrannou perforovanou desku. Bylo by jednodušší udělat s čipem zabaleným přes DIL, ale často dostávám zařízení SOIC, protože jsou obvykle mnohem levnější.

Se zařízením DIL tedy nemusíte dělat nic zvláštního, stačí jej zapojit a zapojit.

Pro SOIC musíte udělat malý trik. Ohněte střídavé nohy trochu nahoru, aby se nedotýkaly desky. Zbývající kolíky budou ve správném rozestupu, aby odpovídaly podložkám na desce. Zde je návod, jak jsem sklonil svůj (NAHOR znamená ohnutý nahoru, DOLŮ znamená nechat o samotě)

• NAHORU: 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14, 16
• DOLŮ: 2, 4, 6, 8, 9, 11, 13, 15

Tímto způsobem lze 4 diody připojit k podložkám a pouze 2 je třeba připojit ke zvednutým nohám. Část mě má podezření, že by to bylo lepší naopak.

Položte diody na obě strany čipu a připájejte je na místo.

Pro každý ze vstupů D namontujte stahovací odpory. Použil jsem 2 balíčky SIL po 4 rezistorech, Namontujte stahovací odpor pro hodinový vstup. Pokud používáte balíčky SIL, připojte místo samostatného jeden z náhradních odporů

Namontujte spínače vedle rezistorů.

Namontujte odskakovací kondenzátory pro spínače co nejblíže k nim.

Přizpůsobte svá výstupní zařízení. Pro testování a předvádění jsem použil LED diody, ale můžete použít například jiné zařízení, které si vyberete, například pro získání více pólů na každém výstupu.

• Pokud namontujete LED diody, potřebují ve společném připojení pouze 1 odpor omezující proud, protože současně svítí pouze 1 LED!
• Pokud používáte MOSFETy nebo jiná zařízení, věnujte pozornost orientaci zařízení. Na rozdíl od skutečného přepínače má signál stále vztah k 0v připojení tohoto obvodu, takže na něj musí být odkazován výstupní tranzistor.

Spojte vše dohromady podle schématu. Použil jsem k tomu magnetický drát 0,1 mm, můžete upřednostnit něco méně jemného.

Krok 2: Jak to funguje

Poskytl jsem 4 verze schématu: původní s kondenzátory pro odskakování přepínačů, s výstupními mosfety a bez nich, a další dvě verze, kde byl zvýšen kondenzátor zpoždění hodin, takže odskakování přepínačů se stalo zbytečným, nakonec s přidáním tranzistoru, který virtuálně „stiskne“jedno z tlačítek při zapnutí napájení.

Obvod využívá jednoduché klopné obvody typu D se společnými hodinami, pohodlně jich dostanete 6 v čipu 74HC174.

Hodiny a každý z D vstupů čipu jsou staženy na zem přes odpor, takže výchozí vstup je vždy 0. Diody jsou zapojeny jako obvod „drátový NEBO“. Můžete použít bránu se 6 vstupy NEBO, pak byste nepotřebovali stahování hodinového vstupu, ale kde je v tom zábava?

Když je obvod poprvé zapnut, pin CLR je vytažen nízko přes kondenzátor, aby se resetoval čip. Když se kondenzátor nabije, reset je deaktivován. Vybral jsem 47 k a 100 nF, abych poskytl časovou konstantu přibližně 5krát delší než u kombinovaných krytů pro odskok a sejmutí použitých pro spínače.

Když stisknete tlačítko, umístí logiku 1 na vstup D, ke kterému je připojeno, a prostřednictvím diody současně spustí hodiny. Tím se „taktuje“1, čímž se výstup Q zvýší.

Po uvolnění tlačítka je logika 1 uložena v klopném obvodu, takže výstup Q zůstává vysoký.

Když stisknete jiné tlačítko, stejný efekt se projeví na klopném obvodu, ke kterému je připojen, ale protože jsou hodiny společné, ten, který má na výstupu 1, už nyní běží na 0, takže jde o výstup Q nízký.

Protože přepínače trpí odražením kontaktů, když stisknete a uvolníte jeden, nedostanete úhledné 0, pak 1 a pak 0, získáte proud náhodných 1 a 0, takže obvod je nepředvídatelný. Slušný obvod pro odskakování přepínačů najdete zde:

Nakonec jsem zjistil, že s dostatečně velkým kondenzátorem se zpožděním hodin není nutné odstraňovat jednotlivé spínače.

Výstup Q jakéhokoli klopného obvodu se po stisknutí tlačítka zvýší a výstup ne-Q klesne. Toto můžete použít k ovládání N nebo P MOSFETu, vztaženého na lištu s nízkým nebo vysokým výkonem. Když je zátěž připojena k odtoku jakéhokoli tranzistoru, bude jeho zdroj obvykle připojen k 0 V nebo napájecí liště, v závislosti na polaritě, ale bude fungovat jako přepínač odkazovaný na nějaký jiný bod, pokud má stále prostor pro otáčení zapnutí a vypnutí.

Konečné schéma ukazuje tranzistor PNP, který je připojen k jednomu ze vstupů D. Myšlenka je taková, že když je připojeno napájení, kondenzátor na základně tranzistoru se nabíjí, dokud nedosáhne bodu, kde tranzistor vede. Protože neexistuje zpětná vazba, kolektor tranzistoru velmi rychle mění stav a generuje impuls, který může nastavit vstup D vysoko a spustit hodiny. Protože je připojen k obvodu přes kondenzátor, vstup D se vrátí do svého nízkého stavu a v normálním provozu není znatelně ovlivněn.

Krok 3: Klady a zápory

Poté, co jsem postavil tento obvod, jsem přemýšlel, jestli to má smysl dělat. Cílem bylo získat funkčnost rádiového tlačítka bez nákladů na přepínače a montážní rámeček, ale jakmile byly přidány stahovací odpory a odskakovací kondenzátory, zjistil jsem, že je to trochu složitější, než bych chtěl.

Skutečné propojovací spínače nezapomínají, který spínač byl stisknut, když je vypnuto napájení, ale s tímto obvodem se vždy vrátí na výchozí nastavení „žádný“nebo trvalé výchozí.

Jednodušší způsob, jak udělat totéž, by bylo použít mikrokontrolér a nepochybuji, že na to někdo v komentářích upozorní.

Problém s použitím mikro je, že ho musíte naprogramovat. Také musíte buď mít dostatek pinů pro všechny potřebné vstupy a výstupy, nebo mít k jejich vytvoření dekodér, který okamžitě přidá další čip.

Všechny díly pro tento obvod jsou velmi levné nebo zdarma. Banka 6 blokovacích spínačů s náklady na eBay (v době psaní článku) 3,77 GBP. Dobře, takže to není mnoho, ale můj 74HC174 stál 9 pencí a už jsem měl všechny ostatní díly, které jsou stejně levné nebo zdarma.

Minimální počet kontaktů, které běžně získáte pomocí mechanického blokovacího spínače, je DPDT, ale můžete snadno získat více. Pokud chcete s tímto obvodem více „kontaktů“, musíte přidat další výstupní zařízení, obvykle mosfety.

Jednou velkou výhodou ve srovnání se standardními blokovacími spínači je, že můžete použít jakýkoli typ momentových spínačů umístěných kdekoli chcete, nebo dokonce řídit vstupy ze zcela odlišného signálu.

Pokud ke každému z výstupů tohoto obvodu přidáte tranzistor mosfet, získáte výstup SPCO, kromě toho, že není ani tak dobrý, protože jej můžete připojit pouze 1 způsobem. Připojte jej opačným způsobem a místo toho získáte opravdu nízkou diodu.

Na druhou stranu můžete k výstupu přidat spoustu mosfetů, než se přetíží, takže můžete mít libovolně velký počet pólů. Pomocí dvojic typů P a N můžete také vytvářet obousměrné výstupy, ale také to zvyšuje složitost. Můžete také použít výstupy ne-Q žabek, což vám poskytne alternativní akci. S tímto obvodem je tedy potenciálně velká flexibilita, pokud vám nevadí extra složitost.