Большинство дешевых нефиксируемых кнопочных переключателей имеют конструкцию мембранного типа, как правило, предназначенную для поверхностного монтажа на печатную плату. Кнопки с фиксацией чаще всего крупнее и дороже, и не всегда можно найти такую кнопку нужной формы. Это может оказаться проблемой, если потребуется миниатюрный недорогой выключатель для фиксации питания нагрузки. В схеме на Рисунке 1 показано, как простой нефиксируемый однополярный нормально разомкнутый выключатель можно использовать для подключения питания к нагрузке. Схема, для которой требуется всего несколько самых дешевых общедоступных компонентов, рассчитана на широкий диапазон напряжений и идеально подходит для приложений с питанием от одноэлементных батарей, поскольку может работать при напряжении до 1 В или меньше. Транзисторы Q2 и Q3 образуют тиристорную структуру, которая функционирует как простая защелка, Q4 подключает питание к нагрузке, а S1 представляет собой простейшую кнопку без фиксации.
 |
|
| Рисунок 1. | Нефиксируемая кнопка может использоваться для подключения питания к нагрузке. |
При первой подаче напряжения питания VS все четыре транзистора закрыты, и конденсатор C1 заряжается через резисторы R1 и R2 до тех пор, пока его напряжение VC1 не станет равным VS. В это время схема находится в «разблокированном» состоянии, и напряжение нагрузки VL равно 0 В. Однако при кратковременном замыкании кнопки конденсатор C1 сбрасывает свой заряд в базу транзистора Q3, который открывается и создает смещение для транзисторов Q2 и Q4, которые оба включаются. Теперь Q2 через резистор R5 обеспечивает базовым током транзистор Q3, а через резистор R3 – транзистор Q1. С этого момента схема находится во включенном, или «заблокированном» состоянии и остается в нем даже после размыкания S1. Нагрузка теперь запитана, и напряжение VL примерно равно VS. В этом состоянии схемы транзистор Q1 насыщен, в результате чего конденсатор C1 разряжается через резистор R2, вследствие чего напряжение VC1 падает до нескольких десятков милливольт (до напряжения насыщения коллектор-эмиттер Q1). Еще одно кратковременное замыкание кнопки подает это низкое напряжение на базу транзистора Q3 и включает его. В результате все четыре транзистора закрываются, и схема возвращается в выключенное или «разблокированное» состояние. Питание с нагрузки теперь снято, и напряжение VL падает до 0 В. Поскольку транзистор Q1 теперь выключен, конденсатор C1 снова начинает заряжаться через резисторы R1 и R2, и, таким образом, еще одно кратковременное замыкание S1 снова защелкнет схему.
Времязадающий конденсатор C1 совместно с резисторами R1 и R2 обеспечивает подавление дребезга контактов кнопки, исключая его влияние на работу схемы. Без временнóй задержки RC схема будет «болтаться» между противоположными состояниями каждый раз, когда нажимается кнопка, и в конечном итоге окажется в неопределенном состоянии. Несмотря на то, что на Рисунке 1 показана емкость 1 мкФ, более подходящими для конкретного приложения могут оказаться другие значения, поэтому следует приготовиться к экспериментам. Ни один из номиналов резисторов не является особенно критичным, и сопротивления, показанные на Рисунке 1, достаточно оптимальны для напряжения питания примерно от 1 до 1.5 В, другими словами, для одноэлементной батареи. При более высоких напряжениях сопротивления резисторов должны увеличиваться пропорционально, хотя номиналы R2 и R4 следует сохранять постоянными, – примерно 470 кОм и 1 кОм, соответственно. Поддержание неизменного значения постоянной времени R2C1, фиксированного на уровне нескольких сотен миллисекунд, гарантирует, что время, необходимое для разряда конденсатора, не будет чрезмерным; в противном случае после того, как схема была включена, время ожидания состояния, в котором схема может быть выключена, окажется неприемлемо большим. Резистор R4 ограничивает ток, идущий из C1 в базу транзистора Q3, до безопасного уровня; его сопротивление должно быть достаточно небольшим, чтобы резисторы R5 и R6 не искажали напряжение на базе Q3 при замыкании кнопки.
Сопротивление резистора R1 нужно выбирать в соответствии с используемым напряжением питания. При заданном сопротивлении R2 резистор R1 определяет время, которое требуется напряжению VC1, чтобы достичь значения VS сразу после разблокировки схемы. Другими словами, сопротивление R1 определяет время, необходимое для подготовки схемы к повторному включению. Если R1 слишком велико, становится невозможным включить схему вскоре после того, как она была разблокирована. С другой стороны, если R1 слишком мало, это может привести к неприемлемому потреблению тока источника питания VS при включенной схеме. Кроме того, для конкретного значения VS сопротивление R1 должно быть достаточно большим, чтобы гарантировать, что напряжение VC1 не будет расти слишком быстро после выключения схемы, так как в противном случае оно может снова включить схему до того, как кнопка будет отпущена. Чтобы определить оптимальное сопротивление R1, возможно, придется поэкспериментировать, но при C1 = 1 мкФ и R2 = 470 кОм тестовая схема показала хорошие результаты со значением примерно от 470 до 680 кОм при VS = 1 В и примерно 4.7 МОм при VS = 10 В.
В качестве Q1 - Q3 могут использоваться любые маломощные транзисторы с хорошим коэффициентом передачи тока (от умеренного до высокого). Силовой коммутатор Q4 должен иметь низкое значение напряжения насыщения коллектор-эмиттер, чтобы гарантировать, что при включении схемы бóльшая часть напряжения питания будет подаваться на нагрузку. Сопротивление резистора R9 следует выбирать таким, чтобы обеспечить достаточным током базу транзистора Q4; его значение зависит, главным образом, от напряжения питания VS, от тока нагрузки и от коэффициента передачи тока насыщенного транзистора Q4. Схема обеспечивает недорогой способ включения питания с помощью нефиксируемой кнопки, и, как и при использовании механического выключателя с фиксацией, ток, потребляемый схемой в состоянии покоя, равен нулю.
