В предыдущей статье [1] описывалась относительно простая схема, в которой нефиксируемая кнопка могла функционировать как механический переключатель с фиксацией. Статья вызвала множество откликов читателей. Среди прочих комментариев читатели задавались вопросом, можно ли адаптировать схему таким образом, чтобы обеспечить
а) перекрестную связь, благодаря которой два переключателя могли бы «блокировать» друг друга;
б) «временнýю задержку», при которой схема отключалась бы по истечении заданного времени.
В данной статье предпринята попытка рассмотреть каждое из этих предложений.
Фиксируемые переключатели с перекрестными связями
На Рисунке 1 показаны две схемы перекрестно соединенных переключателей, где каждый переключатель включается и выключается своей кнопкой без фиксации, а также выключается при включении другого переключателя. Такая взаимная блокировка позволяет использовать их, например, в автомобильном светотехническом оборудовании.
 |
|
| Рисунок 1. | Перекрестно связанные переключатели с фиксацией включаются независимо, но блокируют друг-друга. |
Обе схемы переключателей идентичны и являются зеркальным отражением друг друга, то есть резистор R1a выполняет ту же функцию, что и R1b, транзистор Q1a ведет себя точно так же, как Q1b, и т.д. Более того, за исключением дополнительных компонентов перекрестных связей (C2, D1, D2, R6, R7 и Q3), каждая схема в целом идентична схеме, показанной на Рисунке 1a предыдущей статьи [1], где можно найти подробное описание того, как работает базовая схема. Помните, что резистор R5 может потребоваться или не потребоваться в зависимости от характера нагрузки, и что для таких нагрузок, как двигатели, может потребоваться установка блокирующего диода между клеммой OUT (+) и нагрузкой.
Чтобы понять, как работает перекрестная связь, предположим, что ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (a) в данный момент разомкнут, а ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (b) замкнут, так что транзисторы Q1a и Q2a закрыты, а Q1b и Q2b оба проводят ток и обеспечивают смещение друг друга через резисторы R3b и R4b. Если теперь нажать кнопку Sw1a, транзисторы Q1a и Q2a откроются, и ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (a) зафиксируется в замкнутом состоянии. В момент включения Q2a в базу транзистора Q3a через цепь D1a, C2a и R7a проходит импульс тока, кратковременно включающий Q3a, который ненадолго закорачивает базу транзистора Q1b на шину 0 В. Теперь оба транзистора Q1b и Q2b закрыты, и ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (b) фиксируется в разомкнутом состоянии. При этом ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (a) зафиксирован в замкнутом состоянии, и в таком состоянии выключатели будут находиться до тех пор, пока не будет нажата одна из кнопок. Таким образом, если теперь нажать кнопку Sw1b, транзисторы Q1b и Q2b откроются, ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (b) зафиксируется в замкнутом состоянии, и Q3b, на мгновение включившись, закрывает транзисторы Q1a и Q2a.
Длительность кратковременного включения транзистора Q3 определяется постоянной времени C2-R7 и должна быть достаточной для полного выключения противоположного MOSFET. Помните, что при выключении транзистора Q1 заряд, накопленный на затворе Q2, должен быть полностью удален через последовательно соединенные резисторы R1 и R3. Некоторые «большие» (сильноточные) MOSFET имеют емкость затвора в десятки нанофарад, поэтому при R1 = R3 = 10 кОм для полного разряда затвора может потребоваться несколько миллисекунд. Теперь, при C2 = 100 нФ и R7 = 10 кОм, транзистор Q3 фиксирует напряжение базы Q1 примерно на 5 мс, что должно быть достаточно долго для выключения большинства p-канальных MOSFET.
По окончании описанного выше импульса тока напряжение, хранящееся на конденсаторе C2, будет примерно равно напряжению питания +VS. Без диода D1 это напряжение удерживало бы транзистор Q1 во включенном состоянии, не позволяя переключателю выключиться. При наличии в схеме диода D1 его блокирующее действие позволяет переключателю нормально выключаться, поэтому когда транзистор Q2 закрывается, конденсатор C2 разряжается по цепи R6-D2-R7.
Хотя ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (a) и ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (b) идентичны, они не обязательно должны использовать общее напряжение питания, то есть напряжения +VS(a) и +VS(b) не обязательно должны быть одинаковыми и могут браться от разных источников. Однако для реализации перекрестной связи в схеме на Рисунке 1 ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (a) и ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (b) должны иметь общий провод земли (0 В). В приложениях, где обеспечить такую конфигурацию сложно, транзисторы Q3a и Q3b могут быть заменены оптопарами (Рисунок 2), что позволит каждому выключателю иметь собственный земляной провод, гальванически изолированный от другого. Большинство обычных оптронов должны работать идеально, но следует помнить, что светодиод оптопары требует большего управляющего напряжения, чем транзистор, поэтому может потребоваться уменьшить сопротивление R7 (и, соответственно, увеличить емкость C2), если напряжение питания +VS достаточно низкое.
 |
|
| Рисунок 2. | Оптопары обеспечивают полную изоляцию перекрестно связанных переключателей. |
Фиксируемый переключатель с тайм-аутом
В некоторых приложениях может потребоваться переключатель с фиксацией, который автоматически отключается через заданный промежуток времени. Довольно простой способ получения такого тайм-аута показан на Рисунке 3, где одиночный транзистор Q1 был заменен парой Дарлингтона, а между стоком транзистора Q2 и резистором R4 включен конденсатор C2. Как и прежде, для управления схемой используется кнопка Sw1 без фиксации. Когда кнопка нажата, транзистор Q2 включается и через цепь C2-R4 подает ток смещения в базу транзистора Дарлингтона. Теперь схема фиксируется в замкнутом состоянии, в котором включенное состояние Q2 поддерживается транзистором Q1.
 |
|
| Рисунок 3. | Незначительные изменения в основной схеме переключателя позволяют ему отключаться через заданный промежуток времени. |
С этого момента C2 начинает заряжаться, и напряжение в точке соединения C2 и R4 падает со скоростью, в значительной степени определяемой постоянной времени C2-R4. По мере того как это напряжение уменьшается, падает и ток, поступающий в базу транзистора Дарлингтона Q1 через резистор R4. В конечном итоге коллекторный ток Q1 становится слишком мал, чтобы поддерживать открывающее напряжение на затворе Q2, и MOSFET выключается. Теперь переключатель возвращается в разблокированное состояние, и конденсатор C2 разряжается через диод D1, нагрузку и включенный параллельно с ней резистор R5 (если он есть).
Большой коэффициент усиления по току пары Дарлингтона позволяет использовать высокоомный резистор R4 (порядка нескольких мегаом) для получения большой постоянной времени. Тестовая схема, питавшаяся от источника 15 В, обеспечивала время включенного состояния примерно от девяти секунд при C2 = 1 мкФ и R4 = 1 МОм до чуть более 15 минут при C2 = 10 мкФ и R4 = 10 МОм. Увеличение емкости C2 до 100 мкФ привело к тому, что время включенного состояния превысило два часа.
Купить LM393 на РадиоЛоцман.Цены
