Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Monostabilny przełącznik ON/OFF - do czego służy, jak działa i jak go zmontować?

Kit AVT 3260
kit
Przedstawiony układ pozwala zrealizować funkcję włącz/wyłącz w sytuacji, kiedy do dyspozycji mamy jedynie przycisk chwilowy (monostabilny). Wyjściem układu są styki przekaźnika.
Article Image

Do czego to służy? - monostabilny przełącznik ON/OFF

Przedstawiony układ służy do – pozornie – prostej czynności, jaką jest włączanie i wyłączanie przekaźnika. Sygnałem, który go przełącza, jest chwilowe zwarcie zarejestrowane na zaciskach złącza.

Dzięki temu można zrealizować np. włączanie i wyłączanie światła w pomieszczeniu poprzez użycie czujnika nacisku wbudowanego w próg. Można też zbudować elegancki wyłącznik podświetlenia naciskany palcem, w którym klawisz nie zmienia swojego położenia po przełączeniu, w przeciwieństwie do tradycyjnych przełączników bistabilnych.

Jak działa monostabilny przełącznik ON/OFF?

Schemat układu pokazany jest na rysunku 1. Najważniejszym obwodem w tym urządzeniu, odpowiedzialnym za realizację pamięci, jest układ złożony z dwóch bramek: US1A i US1B. Są to bramki NAND z wejściem Schmitta, lecz ich wejścia zostały zwarte, więc służą jako negatory (bramki NOT). Wejście jednej zostało sprzęgnięte z wyjściem drugiej i odwrotnie – dzięki temu działają jak pojedyncza komórka pamięci statycznej, która nie wymaga odświeżania i może przez dowolny czas trwać w ustalonym stanie.

Rys.1 Schemat układu - monostabilny przełącznik ON-OFF

Rezystor R2 i kondensator C2 umożliwiają temu układowi zmianę stanu: zwarcie styków przycisku powoduje podanie na wejście US1A stanu logicznego, który miała dotychczas na swoim wyjściu. Ponieważ jest to bramka negująca, będzie musiała zmienić swój stan. Rolą rezystora R2 jest wydłużenie czasu przeładowywania kondensatora C2, aby układ nie przełączał się zbyt szybko po długotrwałym zwarciu styków. W układzie prototypowym czas między przełączeniami po przytrzymaniu przycisków wyniósł ok. 1,5s.

Bramki US1C i US2D tworzą bufor, który izoluje obwód przycisku (mogący zbierać zakłócenia np. od długich przewodów) od wrażliwego obwodu R2-C2, który przedstawia sobą bardzo wysoką rezystancję, równą rezystancji R2.

Na płytce przewidziano złącze J1, do którego można podłączyć inny przycisk lub styki. Przycisk S1 posłuży do testów układu.

Przełącznik monostabilny ON-OFF - widok płytki z góry

Kiedy przekaźnik jest wyłączony, stan logiczny na wyjściu bramki US1B musi być niski, aby tranzystor T1 pozostawał zatkany, czyli stan logiczny na jej wejściu jest wysoki. Oznacza to, że wyłączenie elektromagnesu przekaźnika jest sygnalizowane delikatnym świeceniem diody LED1, gdyż tylko wtedy może się ona załączyć.

Po każdorazowym włączeniu zasilania stan początkowy układu mógłby być dowolny. Dlatego został dodany obwód składający się z elementów R1, C1 i D2, który wymusza stan niski na wejściu US1A przez krótką chwilę po włączeniu zasilania. Potem, kiedy kondensator C1 naładuje się już dostatecznie, dioda D2 pozostaje przez resztę czasu zatkana. Rolą diody D1 jest szybkie rozładowanie kondensatora C1 po odłączeniu zasilania poprzez odprowadzenie ładunku z niego do pozostałej części obwodu. W ten sposób, po ponownym włączeniu zasilania, układ na pewno będzie gotowy do pracy, a przekaźnik za każdym razem będzie wyłączony.

W czasie normalnej pracy układu (w stanie już ustalonym) przez rezystor R3 nie płynie prąd, ponieważ do jego lewej nóżki podłączone są jedynie wejścia bramki US1A. Jednak nabiera on znaczenia w momencie zmiany stanu (przełączenia) układu, gdyż ogranicza prąd płynący przez wyjście bramki US1D do ok. 1,2mA, czyli poniżej wartości maksymalnej. Bez niego na wejściu US1A spotykałyby się dwa przeciwstawne stany logiczne, wymuszane przez US1B i US1D. Dodanie R3 zwiększa priorytet wyjścia bramki US1D.

Montaż i uruchomienie monostabilnego przełącznika ON/OFF

Układ prototypowy został zmontowany na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach 80×30mm, której wzór ścieżek i schemat montażowy przedstawia rysunek 2. W odległości 3mm od krawędzi płytki znalazły się otwory montażowe.

Rys.2 Płytka drukowana ze  wzorem ścieżek i schematem montażowym

Wszystkie użyte w układzie elementy są przystosowane do montażu przewlekanego, więc nie powinien on sprawić problemu nawet początkującym elektronikom. Pod układ scalony US1 polecam zastosować podstawkę.

Zasilanie układu podłącza się do zacisków złącza J3, pamiętając o prawidłowej polaryzacji. Układ jest przystosowany do współpracy z napięciem stałym o wartości ok. 12V, niekoniecznie stabilizowanym.

Pobór prądu wynosi ok. 1mA po wyłączeniu przekaźnika i ok. 35mA po jego załączeniu. Maksymalny prąd, jaki może przełączać przekaźnik PK1, zależy od wytrzymałości prądowej jego styków oraz od grubości ścieżek łączących go ze złączem J2. Te zostały odsłonięte (brak soldermaski), aby można było je pocynować, zwiększając tym samym ich przekrój.

Wykaz elementów
R1
470kΩ 0,25W
R2
2,7MΩ 0,25W
R3–R5
10kΩ 0,25W
C1–C3
470nF 63V MKT THT raster 5mm
C4
22μF/25V THT raster 2,5mm
D1–D3
1N4148
LED1
5mm czerwona THT
T1
BC546B lub podobny
US1
CD4093 DIP14
J1,J3
ARK2 5mm
J2
ARK3 5mm
S1
microswitch 6x6 10mm
Podstawka DIP14
Podstawka DIP14
Do pobrania
Download icon Monostabilny przełącznik ON/OFF - do czego służy, jak działa i jak go zmontować?
Tematyka materiału: przełącznik monostabilny, przełącznik bistabilny
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich listopad 2019
Udostępnij
UK Logo