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悬浮触摸开关电路

悬浮触摸开关电路

点击数:7635 次   录入时间:03-04 11:36:20   整理:http://www.55dianzi.com   小家电-保健

    电路要解决的主要问题是在悬浮状态下,如何利用人体触摸开关电极有效地控制电路输出状态的翻转。悬浮触摸开关的工作框图如图1所示。

    
    电路的脉冲发生器产生的脉冲信号分别经过两路脉冲相位迟滞电路到达相位比较器。其中一路相位迟滞电路接有一个人体触摸开关电极。没人触摸电极的时候,这两路相位迟滞电路对脉冲信号延迟的时间相等。这样到达相位比较电路时。两路脉冲信号的频率和相位从理论上说完全相同;这时相位比较器输出为零。一旦用手触摸电极,这一路相位迟滞电路的电容增大,导致相位迟滞时间延长。使两路脉冲信号的相位不同,相位比较器输出脉冲信号。把这个脉冲信号加以整形,推动开关控制电路,就可以实现开关键的功能。解决电路悬浮问题的关键在于采用了脉冲发生器;有了脉冲信号源,才能利用人体的分布电容得到稳定的开关状态。电路原理图见图2。
   

    用4069的非门1、2与32768Hz的晶体振荡器组成脉冲信号发生器,产生32768Hz的脉冲信号,输出到相位迟滞电路和电容触摸电极。迟滞电路由RC电路组成。两路迟滞电路的电阻、电容值相同;这样,脉冲信号经过迟滞电路输入到相位比较器时,频率和相位也相同。所不同的是其中一个电容连接了一个触摸电极。当手指触摸电极的时候,非门4输入端的接地电容增加了一个人体分布电容,导致非门4接收到的脉冲信号的相位与非门5的相比较,发生相位迟滞。这样,输出到相位比较器的两路脉冲信号的频率相同,但相位出现了差异。脉冲信号相位比较器主要由异或门4070组成。异或门有两个信号输入端,一个信号输出端。它的特点是当两个输入端都是低电平、或都是高电平时,输出是低电平。只有当两个输入端一个是低电平。另一个是高电平时,才输出高电平。如图3所示。这样,当两组频率相同、相位也相同的脉冲分别输入到4070的两个输入端的时候,输出信号为低电平;但是当两组频率相同,但相位不同的脉冲分别输入到它的输入端,两组信号就会出现电压不等的时段。这时4070就会输出高电平。4070输出的是高电平窄脉冲信号,所以用二极管整流电路将它变成宽脉冲信号,推动后面的开关键电路工作。

    
    模拟开关用4013的一半组成开关键电路。用蜂鸣器和发光二极管组成声音和灯光报警电路,其中绿色发光二极管LED1在常态下发光,兼有电源指示作用。用手触摸一下电极,电路的开关状态就会发生翻转,绿灯灭,红灯亮,同时蜂鸣器发出声音报警。再触摸一下电极,红灯灭,蜂鸣器也停止发声。



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    电容接触电极电路是整个电路的关键部分。电容C1、C2建议在20pF到50pF之间。电容值小一些,电路会更加灵敏;但太小会导致电路不稳定。为了使这两个信号比较电路做到完全相同,触摸电极产生的分布电容也不可忽视。所以建议采用完全对称的设计方案;也就是在电容C2上也接入一组触摸电极,以平衡电容C1上的触摸电极。这样,实际上电路有两个触摸电极;从理论上来说,它们的功能完全相同。在使用中我们可以触摸其中任何一个。都可以使电路工作。

    2输入4异或门4070的管脚图见图4。仅使用了其中一个门;其余不用的3个门的输入端都要接地,输出端可以悬空。

    本电路依靠采集人体的分布电 容,控制开关键的输出结果。电路工作的稳定性是我们关心的问题。如果能够弄清楚电路工作的每一时刻的状况,就可以对电路的工作稳定性有确定的了解。但是,由于电路工作在超音频,测量起来比较困难。为了解决这一问题,我们可以用宏观测量的方法,从宏观测量结果推测电路工作的状态。具体做法是测量输出到二极管D1的脉冲信号电压和二极管D1整流后的电压在工作时的变化情况。下表记录了一次实测情况,电源电压是6V。

    以上测量结果表明。在没有触摸接触电极的时候,实际上由于电路不可能做到完全对称,所以4070仍然会输出一些脉冲信号。从测量经过整流后的电压值来判断,其脉冲宽度远远小于1微秒;而在手触摸电极的时候,其脉冲宽度约为1~2微秒;两者的数值相差十倍以上。


    本触摸开关可以用来控制没有使用交流电源的独立电路,如便携式收音机等使用电池的电器。这时只要在发光二极管LED1的位置上接入控制对象的开关驱动电路即可。这种电路本刊以前的很多文章中都有介绍,读者可以自行设计。




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