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](/images/anten/1_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](/images/anten/1_4-13.jpg)
Рис. 95.
Одновибраторный формирователь для нормально разомкнутого КД ![4-14.jpg](/images/anten/1_4-14.jpg)
Рис. 96.
Триггерный формирователь для нормально разомкнутого КД ![4-15.jpg](/images/anten/1_4-15.jpg)
Рис.
97. Одновибраторный формирователь для нормально замкнутого КД ![4-16.jpg](/images/anten/1_4-16.jpg)
Рис.
98. Триггерный формирователь для нормально замкнутого КД ![4-17.jpg](/images/anten/1_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](/images/anten/1_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.
|