Contact opnemen met "Bounce"

Wanneer een schakelaar wordt bediend en contacten elkaar raken onder de kracht van de bediening, wordt verondersteld dat ze continuïteit creëren in een enkel, scherp moment.

Helaas bereiken schakelaars dit doel niet precies. Vanwege de massa van het bewegende contact en de elasticiteit die inherent is aan het mechanisme en/of de contactmaterialen, zullen de contacten bij het sluiten gedurende een periode van milliseconden "stuiteren" voordat ze volledig tot rust komen en een ononderbroken contact bieden.

In veel toepassingen is het stuiteren van een schakelaar niet van belang:het doet er weinig toe als een schakelaar die een gloeilamp bedient, elke keer dat deze wordt bediend een paar cycli "stuitert". Aangezien de opwarmtijd van de lamp de bounce-periode aanzienlijk overschrijdt, zal er geen onregelmatigheid in de werking van de lamp ontstaan.

Als de schakelaar echter wordt gebruikt om een ​​signaal naar een elektronische versterker of een ander circuit met een snelle responstijd te sturen, kan contact bounce zeer merkbare en ongewenste effecten produceren:

Een nadere blik op het oscilloscoop-display onthult een nogal lelijke reeks merken en breuken wanneer de schakelaar een enkele keer wordt bediend:

Als deze schakelaar bijvoorbeeld wordt gebruikt om een ​​"kloksignaal" te leveren aan een digitaal tellercircuit, zodat elke bediening van de drukknopschakelaar de teller met een waarde van 1 moet verhogen, zal in plaats daarvan de teller elke keer dat de schakelaar wordt ingedrukt met meerdere tellen toenemen.

Aangezien mechanische schakelaars vaak communiceren met digitale elektronische circuits in moderne systemen, is het stuiteren van schakelcontacten een veelvoorkomende ontwerpoverweging. Op de een of andere manier moet het "gebabbel" dat wordt geproduceerd door stuiterende contacten worden geëlimineerd, zodat het ontvangende circuit een schone, heldere overgang van uit naar aan ziet:

Debouncen schakelcontacten

Schakelcontacten kunnen worden debounced verschillende manieren. De meest directe manier is om het probleem bij de bron aan te pakken:de switch zelf. Hier zijn enkele suggesties voor het ontwerpen van schakelmechanismen voor minimale bounce:

• Verminder de kinetische energie van het bewegende contact. Dit vermindert de kracht van de impact wanneer deze op het stationaire contact komt te rusten, waardoor het stuiteren wordt geminimaliseerd.
• Gebruik "bufferveren" op het (de) stationaire contact(en) zodat ze vrij kunnen terugveren en de kracht van de impact van het bewegende contact voorzichtig absorberen.
• Ontwerp de schakelaar voor "vegen" of "schuivend" contact in plaats van directe impact. "Mes" schakelaarontwerpen gebruiken schuifcontacten.
• Demp de beweging van het schakelmechanisme met behulp van een lucht- of olieschokdempermechanisme.
• Gebruik sets contacten parallel aan elkaar, elk iets verschillend in massa of contactopening, zodat wanneer één van het stationaire contact terugkaatst, ten minste één van de anderen nog steeds stevig contact maakt.
• Bevochtig de contacten met vloeibaar kwik in een afgesloten omgeving. Nadat het eerste contact is gemaakt, zal de oppervlaktespanning van het kwik de continuïteit van het circuit behouden, ook al kan het bewegende contact meerdere keren terugkaatsen op het stationaire contact.

Elk van deze suggesties offert een bepaald aspect van de prestaties van de schakelaar op voor een beperkte bounce, en daarom is het onpraktisch om alle te ontwerpen schakelaars met beperkte contact bounce in gedachten.

Wijzigingen die zijn aangebracht om de kinetische energie van het contact te verminderen, kunnen resulteren in een kleine open contactopening of een langzaam bewegend contact, waardoor de hoeveelheid spanning die de schakelaar kan verwerken en de hoeveelheid stroom die deze kan onderbreken, wordt beperkt.

Schuifcontacten, hoewel niet-stuiteren, produceren nog steeds "ruis" (onregelmatige stroom veroorzaakt door onregelmatige contactweerstand bij beweging) en lijden aan meer mechanische slijtage dan normale contacten.

Meerdere, parallelle contacten geven minder bounce, maar alleen bij grotere switchcomplexiteit en kosten. Het gebruik van kwik om de contacten te "bevochtigen" is een zeer effectief middel om bounce-mitigatie te verminderen, maar het is helaas beperkt tot het wisselen van contacten met een lage stroomsterkte.

Ook zijn met kwik bevochtigde contacten meestal beperkt in montagepositie, omdat de zwaartekracht ervoor kan zorgen dat de contacten per ongeluk "overbruggen" als ze in de verkeerde richting worden georiënteerd.

Als het herontwerpen van het schakelmechanisme geen optie is, kunnen mechanische schakelcontacten extern worden gedebounced, waarbij andere circuitcomponenten worden gebruikt om het signaal te conditioneren.

Een laagdoorlaatfiltercircuit dat is aangesloten op de uitgang van de schakelaar, zal bijvoorbeeld de spannings-/stroomschommelingen verminderen die worden gegenereerd door contact bounce:

Schakelcontacten kunnen elektronisch worden gedebounced, met behulp van hysteretische transistorcircuits (circuits die "vergrendelen" in een hoge of een lage toestand) met ingebouwde tijdvertragingen ("one-shot" circuits genoemd), of twee ingangen die worden bestuurd door een dubbel- gooi schakelaar.

Deze hysteretische circuits, genaamd multivibrators , worden in een later hoofdstuk in detail besproken.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Ontwerpproject:werkblad voor gebeurtenissenteller