Διακόπτης αφής

Διακόπτης αφής


Διακόπτης αφής - Ηλεκτρονικό σχηματικό
Διακόπτης αφής - Ηλεκτρονικό σχηματικό

Το κύκλωμα που περιγράφουμε εδώ είναι ένας διακόπτης αφής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αυτόνομη διάταξη ή να ενσωματωθεί σε ποικίλα κυκλώματα και κατασκευές.

Ο διακόπτης αφής ανιχνεύει την αγωγιμότητα τους δέρματος τη στιγμή που ο χρήστης αγγίζει το δάκτυλο του σε ένα ζεύγος τυπωμένων ακροδεκτών. Με το πρώτο άγγιγμα, ενεργοποιείται ένας ηλεκτρονόμος (ρελέ). Με το δεύτερο άγγιγμα, ο ηλεκτρονόμος απενεργοποιείται. Μετά από κάθε άγγιγμα, ο διακόπτης παραμένει στην τελευταία του κατάσταση. Η λειτουργία του κυκλώματος δεν επηρεάζεται από το χρόνο αφής (δηλ. από το πόση ώρα αγγίζετε τις επαφές).  

Ο διακόπτης αφής χρησιμοποιεί πύλες NAND τεχνολογίας CMOS που παρουσιάζουν εξαιρετικά μεγάλη αντίσταση εισόδου. Σε κάθε άγγιγμα, ένα μικρό ρεύμα διέρχεται από ένα συμβατικό αντιστάτη μεγάλης τιμής και δημιουργεί μία σημαντική πτώση τάσης στα άκρα της αντίστασης. Αυτή η τάση αξιοποιείται στη συνέχεια για την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου. Η ενεργοποίηση και η απενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου γίνεται από έναν μανταλωτή τύπου J-K, που συγκρατεί (απομνημονεύει) την τελευταία κατάσταση. Η πύλη U1A χρησιμοποιείται ως αναστρέφων ενισχυτής και οι υπόλοιπες πύλες NAND υλοποιούν ένα μονοσταθή πολυδονητή.     

Σε κατάσταση ηρεμίας, οι είσοδοι των πυλών U1A και U1B βρίσκονται σε λογική κατάσταση 0 και 1, αντίστοιχα. Όταν όμως κάποιος ακουμπήσει τις τυπωμένες επαφές, ένα μικρό ρεύμα διέρχεται μέσω της R2 και δημιουργείται μία σημαντική πτώση τάσης στα άκρα της αντίστασης, η οποία αλλάζει τη λογική κατάσταση στην είσοδο της πύλης U1A σε λογικό 1. Την ίδια στιγμή, στην έξοδο του U1A θα έχουμε λογικό 0 και ο πυκνωτής C3 θα αρχίσει να φορτίζεται διαμέσου της διόδου D1. Μετά από μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου, ο C3 φορτίζεται επαρκώς και η είσοδος της πύλης U1B μεταπίπτει σε λογικό 0. Την ίδια στιγμή, η έξοδος της ίδιας πύλης μεταπίπτει σε λογικό 1. Η μετάβαση από το 0 στο 1 δημιουργεί έναν παλμό ανόδου, που εξωθεί τον RS μανταλωτή (που υλοποιείται από τις πύλες U1C και U1D). Ο RS-μανταλωτής εξωθεί με τη σειρά του το J-K Flip-Flop. Στην έξοδο του J-K flip flop, το τρανζίστορ Q1 μεταπίπτει στον κόρο και ενεργοποιεί τον ηλεκτρονόμο.    

Όταν ο χρήστης πάψει να αγγίζει το διακόπτη, ο C3 αρχίζει να εκφορτίζεται μέσω της R4 και τελικώς οι πύλες NAND επιστρέφουν σε κατάσταση ηρεμίας. Δεν συμβαίνει όμως το ίδιο με το U2A, το οποίο παραμένει στην τελευταία του κατάσταση, με αποτέλεσμα το ρελέ να παραμένει ενεργοποιημένο. Αυτό συμβαίνει, διότι οι είσοδοι J και K του U2A είναι βραχυκυκλωμένοι και κατ’ αυτό τον τρόπο το J-K Flip Flop μετατρέπεται σε ένα T-Flip Flop. Ως γνωστό, το Τ-Flip Flop αλλάζει κατάσταση εξόδου (toggle) μόνο αφότου δεχτεί έναν νέο παλμό ρολογιού. Για να υπάρξει νέος παλμός (παλμός ανόδου), ο χρήστης θα πρέπει να ξαναγγίξει τις τυπωμένες επαφές και το ρελέ θα απενεργοποιηθεί.          

Ο C3 χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα για να εισάγει μία μικρή χρονική καθυστέρηση στην απόκριση του διακόπτη, προκειμένου αυτός να μην ανταποκρίνεται σε τυχαίες αιχμές θορύβου που πιθανότατα υπάρχουν στον περιβάλλοντα χώρο. Το Q1 χρησιμοποιείται για να παρέχει το απαραίτητο ρεύμα για την ενεργοποίηση του ηλεκτρονόμου, δεδομένου ότι η έξοδος του U2A αδυνατεί να το παρέχει. Η R5 χρησιμοποιείται για να ρυθμίζει το ρεύμα στο ενδεικτικό LED D2, το οποίο ανάβει όταν ο ηλεκτρονόμος είναι ενεργοποιημένος. Η δίοδος D3 χρησιμοποιείται για να γειώνει την ανάστροφή τάση που προκύπτει λόγω της αυτεπαγωγής του πηνίου του ηλεκτρονόμου, κατά τις στιγμές της μετάβασης. Χωρίς τη χρήση της D3, η ανάστροφη τάση λόγω αυτεπαγωγής θα μπορούσε να καταστρέψει το τρανζίστορ.

Το κύκλωμα χρειάζεται τροφοδοσία 5V και καταναλώνει περίπου 1mA σε standby (όταν το ρελέ είναι απενεργοποιημένο). Στο πρωτότυπο χρησιμοποιούμε ένα ρελέ διπλού μεταγωγού (DPDT) των 5V. 

Αν κριθεί σκόπιμο, το κύκλωμα μπορεί να τροφοδοτηθεί και με διαφορετική από 5V τάση, στην περιοχή από 3 έως 12V. Χρειάζονται όμως κάποιες μικρές μετατροπές γι αυτό. Θα πρέπει να αντικατασταθεί η R5 με μία αντίσταση κατάλληλης τιμής (μικρότερη ή μεγαλύτερη από την προτεινόμενη τιμή) για να μην καεί το ενδεικτικό LED και θα πρέπει επίσης να αντικατασταθεί και το ρελέ με ένα παρόμοιο, κατάλληλης ονομαστικής τάσης. 

Χρησιμοποιώντας το τυπωμένο κύκλωμα της κατασκευής και τον οδηγό συναρμολόγησης θα είστε σε θέση να συναρμολογήσετε το κύκλωμα σε ελάχιστο χρόνο. Καλή επιτυχία… 

 
Συνημμένα

Το τυπωμένο κύκλωμα του διακόπτη αφής. Συμπεριλαμβάνονται οδηγίες συναρμολόγησης.