Поиск по сайту

О «дребезге» и «шорохе» контактных датчиков

Разного рода выключатели, переключатели и т.п., не вызывающие никаких особых нареканий в обычной электротехнике, для

4-12.jpg

Рис. 94. «Дребезг» в контактном датчике (КД)

подобных же операций в электронике оказались практически непригодными.

Во всяком случае - в прежнем их виде. Причина - в «дребезге» и «шорохе» контактных пар, в немонотонном изменении их контактного сопротивления при переключениях и в соединениях. Так, например, замыкание кнопки SF в схеме, показанной на рис. 94, а, почти наверняка приведет к тому, что в быстродействующий счетчик DD будет записана не одна единица, как полагалось бы, а столько, сколько спадов (переходов 1 ) окажется в «дребезговой» пачке импульсов (рис. 94, б). Такая неопределенность в электронных устройствах, как правило, недопустима.

Устранить возможные неприятные последствия этого эффекта в рассмотренном выше случае позволит электронный формирователь, схема которого приведена на рис. 95. Он представляет собой одновибратор, переходящий в новое состояние при появлении первого же спада напряжения в «дребезговой» пачке импульсов. Длительность его пребывания в этом состоянии - tф@R3·C2 - должна быть больше tдр max - самого продолжительного «дребезга».

На рис. 96 приведена схема еще одного формирователя. В его основе триггер. В исходное, стартовое состояние устанавливают принудительно, подавая на его вход R импульс отрицательной полярности. После срабатывания датчика триггерный формирователь сам не восстанавливается.

Такие формирователи рассчитаны на работу с нормально разомкнутыми контактными датчиками (КД).

Схемы возможных вариантов формирователей - одновибраторного и триггерного - для совместной работы с нормально замкнутыми КД показаны на рис. 97 и рис. 98.

4-13.jpg

Рис. 95. Одновибраторный формирователь для нормально разомкнутого КД

4-14.jpg

Рис. 96. Триггерный формирователь для нормально разомкнутого КД

4-15.jpg

Рис. 97. Одновибраторный формирователь для нормально замкнутого КД

4-16.jpg

Рис. 98. Триггерный формирователь для нормально замкнутого КД

4-17.jpg

Рис. 99. Устранение высокочастотных и импульсных наводок

Устраняя последствие «дребезга» КД, формирователи выполняют еще одну важную функцию. Как известно, длительность «счетного» фронта на входе С счетчика ограничена сверху - для микросхем серии К176, например, она не должна превышать 10...15 мкс. Формирователи аа счет усиления в каждом логическом элементе и положительной обратной связи имеют фронты выходных сигналов, зависящие от физического их быстродействия, и не превышают, как правило,1 мкс.

Резистор R1 и конденсатор С1 во входных цепях формирователей образуют помехозащитную цепочку, которая ослабляет возможные импульсные и высокочастотные помехи до пренебрежимо малого уровня. В КМОП-микросхемах обычно принимают: R2<0,1Rиз, где Rиз - сопротивление изоляции в КД; R1=(0,01...0,1)R2; R2·C1=0,01...0,1 с; R3·C2=0,2...1 с.

В условиях значительных помех такая защита может быть многозвенной, такой, например, как на рис. 99.

Сложнее обстоит дело с «шорохом», с «шуршанием» нормально замкнутых КД (рис. 100, а, б). Прежде всего потому, что этот эффект,

4-18.jpg

Рис. 100. «Шорох» контактного датчика

в отличие от «дребезга», не имеет временной связи с моментом переключения КД. Спонтанное, происходящее без видимых причин изменение контактного сопротивления Rконт может возникнуть в любой момент.

Изменение контактного сопротивления особенно часто проявляется в КД, подвергающихся переменному механическому давлению, пусть и вполне достаточному, казалось бы, для обеспечения надежного электрического соединения. Это связано, прежде всего, с микроперемещениями контактирующей площадки, почти точки, с выходом ее на загрязненные или окислившиеся участки контактной поверхности. Особенно ощутимы флуктуации Rконт при слабом контактном давлении, не способном продавить возникший резистивный слой.

Причина может быть и химической - растущий слой окиси изолятора способен со временем раздвинуть электроды КД и даже образовать в его зазоре электролитическую пару. Особенно непригоден для КД алюминий: его окись не только очень хороший изолятор, но она обладает высокой механической прочностью даже в тонких слоях.

Правда, с относительно малым увеличением контактного сопротивления, даже длительным, справляется та же система помехозащиты. Важно лишь, чтобы сопротивление Rконт оставалось малым по сравнению с сопротивлением резистора R1. Кратковременное изменение Rконт, даже значительное, также подавляется помехозащитной цепочкой, но при условии, что постоянная времени R2C1 окажется больше длительности «всплеска» Rконт.

Использование в КД неокисляющихся материалов, например, золота, палладия, или окисляющихся, но окисный слой которых остается в достаточной мере электропроводным, также ведет к уменьшению «шороха», к снижению вероятности того, что какая-то из флуктуаций Rконт будет принята за выключение КД.

Действенным средством борьбы с «шорохом» нормально замкнутых контактных датчиков является их дублирование-параллельное включение нескольких КД: вероятность одновременного появления «всплесков» Rконт в этом случае резко уменьшается.

  © riostat.ru

ElectroTOP - Рейтинг сайтов