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当一个开关被启动并且触点在启动力的作用下相互接触时,它们应该在一个简单的瞬间建立连续性。
然而不幸的是,交换机并没有完全实现这个目标。由于动触点的质量以及机构和/或触点材料固有的任何弹性,触点将在闭合时“弹跳”数毫秒,然后完全静止并提供不间断的接触。
在许多应用中,开关弹跳无关紧要:控制白炽灯的开关是否在每次启动时“弹跳”几个周期都无关紧要。由于灯的预热时间大大超过了反弹周期,因此不会导致灯运行不正常。
但是,如果开关用于将信号发送到电子放大器或其他具有快速响应时间的电路,则触点弹跳可能会产生非常明显的不良影响:
仔细观察示波器显示,当开关被启动一次时,会发现一组相当难看的接通和断开:
例如,如果此开关用于向数字计数器电路提供“时钟”信号,因此每次按下按钮开关都会使计数器增加 1 的值,那么将会发生的情况是计数器将每次启动开关时增加几个计数。
由于机械开关在现代系统中经常与数字电子电路连接,因此开关触点弹跳是一个常见的设计考虑因素。不知何故,必须消除由弹跳触点产生的“颤动”,以便接收电路看到干净、清晰的断开/接通转换:
去抖动开关触点
开关触点可能去抖动 几种不同的方式。最直接的方法是从源头解决问题:交换机本身。以下是设计最小反弹的开关机制的一些建议:
- 减少移动触点的动能。这将减少静止触点上的冲击力,从而最大限度地减少弹跳。
- 在固定触点上使用“缓冲弹簧”,以便它们可以自由回弹并轻轻吸收来自移动触点的冲击力。
- 将开关设计为“擦拭”或“滑动”接触,而不是直接撞击。 “刀”式开关设计使用滑动触点。
- 使用空气或油“减震器”机制抑制开关机构的运动。
- 使用多组相互平行的触点,每组的质量或触点间隙略有不同,这样当一个触点从固定触点上弹回时,至少其中一个仍会保持牢固接触。
- 在密封环境中用液态汞“润湿”触点。初次接触后,水银的表面张力将保持电路连续性,即使动触点可能会多次从静触点弹回。
这些建议中的每一个都为了有限的反弹而牺牲了开关性能的某些方面,因此设计所有是不切实际的 考虑到接触反弹有限的开关。
为降低触点动能而进行的更改可能会导致触点开路间隙较小或触点移动缓慢,从而限制了开关可以处理的电压量和它可以中断的电流量。
滑动触点虽然不弹跳,但仍然会产生“噪音”(移动时接触电阻不规则引起的不规则电流),并且比普通触点遭受更多的机械磨损。
多个平行触点的弹跳更小,但开关复杂性和成本更高。使用汞来“润湿”触点是一种非常有效的抑制反弹的方法,但不幸的是,它仅限于切换低载流量的触点。
此外,水银触点通常在安装位置上受到限制,因为如果方向错误,重力可能会导致触点意外“桥接”。
如果不能重新设计开关机构,机械开关触点可能会在外部进行去抖动,使用其他电路元件来调节信号。
例如,连接到开关输出端的低通滤波器电路将减少触点弹跳产生的电压/电流波动:
开关触点可以电子去抖动,使用具有内置时间延迟的迟滞晶体管电路(在高或低状态“锁定”的电路)(称为“单次”电路),或由双控制的两个输入投掷开关。
这些滞后电路,称为多谐振荡器 , 将在后面的章节中详细讨论。
相关工作表:
- 设计项目:事件计数器工作表
工业技术