Кнопка как включатель выключатель

Выключатель питания на основе кнопки без фиксации

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.

При первой подаче напряжения питания V_S все четыре транзистора закрыты, и конденсатор C₁ заряжается через резисторы R₁ и R₂ до тех пор, пока его напряжение V_C1 не станет равным V_S. В это время схема находится в «разблокированном» состоянии, и напряжение нагрузки V_L 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 V_L примерно равно V_S. В этом состоянии схемы транзистор Q₁ насыщен, в результате чего конденсатор C₁ разряжается через резистор R₂, вследствие чего напряжение V_C1 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 V_L 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 V_C1, чтобы достичь значения V_S 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 V_S при включенной схеме. Кроме того, для конкретного значения V_S сопротивление R₁ должно быть достаточно большим, чтобы гарантировать, что напряжение V_C1 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 V_S = 1 В и примерно 4.7 МОм при V_S = 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 V_S, 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.

Включение и выключение нагрузки одной кнопкой

Многие бытовые электроприборы, будь то музыкальные центры, телевизоры, различные светильники, включаются и выключаются путём нажатия одной и той же кнопки. Нажал один раз – прибор включился, нажал ещё раз – выключился. В радиолюбительской практике часто возникает необходимость реализовать этот же принцип. Такие кнопки часто используют при построении самодельных усилителей в изящных корпусах, устройство с этим принципом включения и выключения выглядит уже куда более совершенным, напоминая заводской прибор.

Схема устройства

Схема включения и выключения нагрузки одной кнопкой представлена ниже. Она проста как валенок, не содержит дефицитных компонентов и запускается сразу. Итак, схема:

Её ключевое звено – популярная микросхема таймер NE555. Именно она регистрирует нажатие клавиши и устанавливает на выходе либо логическую 1, либо 0. Кнопка S1 – любая кнопка на замыкание без фиксации, т.к. через неё практически не протекает ток, требований к кнопке нет практически никаких. Я взял первую попавшуюся, советскую 60-х годов.

Конденсатор С1 и резистор R3 подавляют дребезг контактов кнопки, С1 лучше всего применить неполярный керамический или плёночный. Светодиод LED1 индицирует о состоянии нагрузки – светодиод горит, нагрузка включена, погашен – выключена. Транзистор Т1 коммутирует обмотку реле, здесь можно применить любой маломощный транзистор структуры NPN, например, BC547, КТ3102, КТ315, BC184, 2N4123. Диод, стоящий параллельно обмотке реле, служит для подавления импульсов самоиндукции, возникающих в обмотке. Можно применять любой маломощный диод, например, КД521, 1N4148. Если нагрузка потребляет небольшой ток, можно подключать её непосредственно к схеме вместо обмотки реле. В таком случае стоит поставить транзистор помощней, например, КТ817, а диод можно исключить.

Материалы

Для сборки схемы понадобится:

• Микросхема NE555 – 1 шт.
• Транзистор BC547 – 1 шт.
• Конденсатор 1 мкФ -1 шт.
• Резистор 10 кОм – 2 шт.
• Резистор 100 кОм – 1 шт.
• Резистор 1 кОм – 2 шт.
• Кнопка без фиксации – 1 шт.
• Диод КД521 – 1 шт.
• Светодиод на 3 в. – 1 шт.
• Реле – 1 шт.

Кроме того, необходим паяльник, флюс, припой и умение собирать электронные схемы. Электронные компоненты стоят почти копейки и продаются в любом магазине радиодеталей.

Включение и выключение нагрузки одной кнопкой без фиксации

Данное устройство позволяет включать и выключать нагрузку нажатием на одну кнопку без фиксации. В основе лежит T-триггер образованный D-триггером и одновибратор по входу для исключения дребезга контактов и воздействия помех. При помощи устройства можно управлять например включением света. Управляющий вход реагирует на замыкание на массу, это позволяет так-же использовать устройство в автомобиле.

Принцип работы

Схема содержит 2 D-триггера. Первый включен по схеме одновибратора. Входы D и CLK замкнуты на общий, и на них всегда присутствует логический ноль. Через R2 на вход S поступает логическая единица. Выход соединен с выводом RESET через RC цепочку. Далее идет стандартная схема T-триггера на основе D-триггера- вход D соединен с инвертирующим выходом, а выводы RS не используются и подключены к общему.

Посмотрим, что произойдет, если нажать на кнопку.

На момент нажатия кнопки на вывод S поступает логический ноль, он-же попадает на выход, и через R1 обнуляет триггер, тот переходит в начальное состояние. Конденсатор С1 сглаживает цикл, и от его емкости зависит сколько должно длится нажатие на кнопку, чтобы триггер сработал.

После нажатия на кнопку состояние устройства приобретает следующий вид:

Единственное изменение по сравнению с начальным состоянием- выход триггера приобрел состояние логической единицы. Он сохранит это состояние до следующего нажатия, тогда выход перейдет обратно в состояние логического нуля.

Принципиальная схема

Для коммутации нагрузки триггер управляет полевым транзистором VT1, через токоограничительный резистор R3. Питание схемы 7-35В.

Включение и выключение одной кнопкой без фиксации своими руками. Схема на транзисторах

Эта схема позволяет включать и выключать устройства с помощью одной кнопки без фиксации. Первое нажатие на кнопку включает нагрузку, второе нажатие отключает ее. В качестве нагрузки можно использовать, например, реле.

Как правило, большинство подобных схем собраны на таймере NE555, но у них есть один существенный недостаток — потребление тока в выключенном состоянии.

Сегодня мы рассмотрим простую схему на двух транзисторах, позволяющую одной кнопкой без фиксации включать и выключать какую-либо нагрузку. Такая схема в выключенном состоянии совсем не потребляет ток, так как оба транзистора закрыты. Следовательно, она подходит для совместной работы с аккумулятором.

Принцип работы однокнопочного выключателя прост: в выключенном состоянии конденсатор C1 заряжается через нагрузку и резистор R2. После нажатия кнопки SA1 (без фиксации) напряжение с конденсатора C1 подается на затвор MOSFET-транзистора VT2 (IRF3205), он в свою очередь открывается и подает питание на нагрузку. В то же время транзистор VT1 (BC557) открывается через резистор R1 и далее поддерживает положительное напряжение на затворе VT2. Конденсатор C1 разряжается через резистор R2 и транзистор VT1.

При повторном нажатии кнопки SA1 затвор транзистора VT2 разряжается в C1 (емкость C1 намного выше, чем у затвора). Это приводит к закрытию транзистора VT2, а затем и VT1. Сопротивление резистора R3 поддерживает напряжение на затворе на уровне 0 В, и цепь остается в выключенном состоянии до следующего нажатия кнопки SA1.

Проверка работы схемы в Proteus

Работа схемы в Proteus (13,3 KiB, скачано: 138)

В качестве ключа был выбран MOSFET-транзистор N-типа (VT2 ), поскольку у него малые потери и в состоянии ожидания его затвор не потребляет ток. Здесь можно использовать практически любой низковольтный MOSFET-транзистор с напряжением U_DS около 20-55 В. Чем меньше у такого транзистора сопротивление в открытом состоянии, тем лучше. Также можно использовать MOSFET-транзистор с материнской платы ПК.

Транзистор VT1 — это любой биполярный PNP транзистор, например BC327, BC557 или 2SA733.

Максимальное коммутируемое напряжение ограничивается в основном максимальным напряжением U_DS транзистора VТ2, а максимальный ток — его допустимыми потерями. Минимальное коммутируемое напряжение зависит от минимального напряжения, при котором VТ2 полностью открывается. В MOSFET LOGIC это напряжение более низкое.

В случае управления индуктивной нагрузкой к выходу встречно-параллельно подключите диод. Если нагрузка имеет небольшой ток потребления или собственный выключатель, подключите параллельное сопротивление около 100 кОм.