Все чаще для управления бытовой электроникой вместо всевозможных переключателей и регуляторов используются обычные кнопки. В некоторых случаях такое решение оказывается неудобным, а иногда напротив. В этой статье мы рассмотрим несколько конструкций, позволяющих заменить переключатель всего одной кнопкой.
На биполярных транзисторах
Эта достаточно интересная схема собрана на четырех биполярных транзисторах разной структуры и одном электромагнитном реле.
После включения устройства все транзисторы заперты, нагрузка, управляемая реле K1, отключена. Конденсатор С1 благодаря цепочке R1, R2 заряжен. При нажатии на кнопку S1 положительное напряжение с С1 поступает на базу транзистора Т3, он открывается и в свою очередь открывает Т4. Реле К1 срабатывает и своими нормально разомкнутыми контактами К1.1 включает нагрузку.
Вместе с этим благодаря отрицательному смещению на базе открывается Т2, подавая напряжение на делитель R4, R5. Напряжения на делителе достаточно для удержания Т3 в открытом состоянии, теперь кнопку можно отпустить.
Важно! Это же напряжение открывает транзистор Т1, который шунтирует конденсатор С1 через резистор и он (конденсатор) разряжается.
При следующем нажатии на S1 конденсатор заряжается через открытый транзистор T2 и резистор R4. Это вызывает сильную просадку напряжение на базе Т3. Он закрывается и закрывает Т4, который отключает нагрузку. Одновременно закрывается Т2, а за ним Т1. Схема перешла в первоначальное состояние, кнопку можно отпустить. Поскольку Т1 больше не шунтирует С1, последний зарядится через R1, R2 сразу же после отпускания кнопки. Схема готова к новому циклу работы.
В конструкции можно использовать любые маломощные кремниевые транзисторы соответствующей структуры. При этом мощности Т4 должно хватать для управления реле К1. Напряжение питания можно изменить в диапазоне 5…12 В, но оно должно быть на 2-3 В выше напряжения срабатывания реле К1.
На полевых транзисторах
Этот переключатель собран на полевых транзисторах, а потому очень экономичен. Он отлично подойдет для техники с автономным питанием.
В исходном положении транзисторы T1 и T2 закрыты, нагрузка обесточена, конденсатор С1 разряжен. При нажатии на кнопку S1 затвор Т1 оказывается подключенным к минусовому проводу через С1. Транзистор открывается, подает напряжение в нагрузку и одновременно на затвор транзистора Т2. Последний открывается и через резистор R2 подключает затвор Т1 к минусовому проводу. Теперь при отпускании кнопки транзистор Т1 останется открытым.
После включения нагрузки на резисторе R3 появляется напряжение, которое заряжает конденсатор C1. При следующем нажатии на кнопку S1 благодаря заряженному С1 на затворе транзистора Т1 появляется положительный потенциал. Т1, а за ним и Т2 закрываются, нагрузка обесточивается.
Данная схема будет устойчиво работать только при активной нагрузке. Если она реактивная, то можно попробовать поставить между затвором Т2 и общим проводом резистор номиналом около 1 кОм.
На D-триггере
Устройство управления нагрузкой при помощи одной кнопки может быть проще, если собрать его на микросхеме. Ниже приведен вариант с использованием цифровой микросхемы К561ТМ2, содержащей два триггера. Использовать будем один.
После включения питания триггер устанавливается в произвольное положение, но в любом случае на его выводах 1 и 2 будут присутствовать противоположные сигналы. Предположим, на выводе 1 установился низкий уровень. Полевой транзистор T1 закрыт, реле обесточено. На входе данных (вывод 5) присутствует «1», поступающий с инверсного выхода триггера DD1.
При нажатии на кнопку S1 на тактирующий вход С поступает высокий уровень, единичка по входу D записывается в триггер и появляется на прямом выходе (вывод 1). Транзистор Т1 открывается, реле срабатывает и включает нагрузку. Кнопку можно отпустить. Теперь на входе данных присутствует «0». Если еще раз нажать на S1, то в триггер запишется уже он и он же появится на прямом выходе, а на инверсном установится «1». Транзистор закроется, реле отключит нагрузку. Таким образом, при каждом нажатии на кнопку микросхема будет переключаться из одного устойчивого состояния в другое.
Элементы C1, R1 служат для устранения дребезга контактов кнопки, кроме того, резистор обеспечивает низкий логический уровень на входе С при отпущенной S1. Диод D1 защищает транзистор от пробоя напряжением самоиндукции реле при его отключении.
Номинал С1 лучше уменьшить до 0.01 мкФ, а затвор Т1 к выходу микросхемы желательно подключить через резистор 1-10 кОм, поскольку выход DD1 маломощный, а токи перезарядки затвора полевого транзистора хоть и кратковременные, но будут иметь место.
Доработанный на D-триггере
Предыдущая схема имела один существенный недостаток. При подаче питания на устройство, первоначальное состояние триггера может оказаться любым. То есть нагрузка может оказаться как включенной, так и выключенной. Да и схема подавления дребезга не самая эффективная. От указанных недостатков свободна конструкция, схема которой приведена ниже.
При подаче питания на схему, узел C1, R2 принудительно устанавливает триггер в единичное состояние по входу S (вывод 6). На выводе 1 микросхемы высокий уровень, транзистор Т1 закрыт, реле обесточено. На входе D низкий уровень. При нажатии на кнопку S1 высокий уровень поступает на сход C, записывая в триггер «ноль» с входа D. Транзистор открывается и активирует реле K1. В это же время на инверсном выходе DD1 появляется «единица». При следующем нажатии на S1, как и в предыдущей конструкции, триггер переключится в противоположное состояние.
Благодаря цепочке C2, R3 смена сигнала на входе D происходит с некоторой задержкой относительно появления сигнала на инверсном выходе. Эта задержка нужна для того, чтобы устранить влияние дребезга контактов кнопки.
В этой и в предыдущей конструкции вместо К561ТМ2 можно использовать аналогичные микросхемы серий К564, К176. Диоды можно заменить на любые маломощные выпрямительные. Напряжение питания должно быть на 2-3 вольта выше напряжения срабатывания реле К1.
На триггерах Шмидта
И последняя конструкция, собранная на микросхеме К561ТЛ2, содержащей 6 триггеров Шмидта с инверсией по выходу.
При подаче питания пара триггеров DD1.1, DD1.2 устанавливается в одно из устойчивых состояний. Предположим, на выводе 4 микросхемы установился «0». Этот сигнал через элементы DD1.4-DD1.6, включенными параллельно и являющиеся буферными, инвертируется и поступает на затвор транзистора T1. Транзистор закрыт, реле обесточено, нагрузка отключена.
Этот же сигнал с некоторой задержкой благодаря интегрирующей цепи R2, C1 поступает на вывод 5 элемента DD1.3. На его выходе (вывод 6) высокий логический уровень. При нажатии на кнопку S1 этот сигнал подается на вывод 1 микросхемы. Логические элементы DD1.1, DD1.2 переключаются в противоположное состояние. Транзистор T1 открывается, реле срабатывает и включает нагрузку.
Через некоторое время переключается и DD1.3, подготавливая устройство к переключению в противоположное состояние. Снова нажимаем на S1, теперь уже низкий сигнал на входе первого триггера переключает DD1.1 - DD1.3 в противоположное состояние, причем DD1.3 снова с задержкой. Транзистор открыт, нагрузка включена. При следующих нажатиях на кнопку алгоритм будет повторяться.
Схема имеет одну особенность, которая может быть как полезной, так и нежелательной. Если долго удерживать кнопку S1 в нажатом состоянии, то устройство будет самостоятельно включать и выключать нагрузку через определенное время. Время это зависит от емкости конденсатора C1. Чем она выше, тем больше время задержки переключения. При указанных на схеме номиналах состояние нагрузки будет изменяться примерно каждые 4 секунды при постоянно нажатой S1.
На месте DD1 может работать аналогичная микросхема серии К564, К176. Диоды, как и в предыдущей конструкции – любые выпрямительные маломощные. Реле - на напряжение срабатывания ниже напряжения питания минимум на 2-3 В и с контактами, выдерживающими ток нагрузки.
Вместо триггеров Шмидта вполне реально использовать обычные инверторы. К примеру, если вместо К561ТЛ2 использовать К561ЛН2 (6 элементов НЕ), то схема будет прекрасно работать. Микросхемы имеют одинаковые цоколевки, так что проблем с разводкой не будет.
На этом краткий обзор переключателей нагрузки при помощи одной кнопки закончим. Хочется надеяться, что приведенные схемы будут полезны начинающим радиотехникам, которые не любят щелкать переключателями.
