Устройство защиты электрических цепей от дребезга контактов коммутационных устройств Советский патент 1985 года по МПК H01H47/00 

Изобретение относится к автоматике, телемеханике и вычислительной технике, технике телефонной связи и предназначено для устранения на выходе механического контакта импульсов напряжения, возникающих от дребезга контактов кнопки и может найти применение, в частности, в блоках управления для формирования сигналов, подаваемых от контактов переключателей, в электронных коммутаторах, в абонементской телефонных аппаратов с кнопочной тастатурой.

Цель изобретения - уменьшение потребляющей мощности повыщение помехоустойчивости и расширение эксплуатационных возможностей.

На фиг. 1 представлена схема устройства защять. от дребезга контактов; на И1. 2 а. б, в вре.менные диаграммы, пояс яющие его работу.

Устройство защиты от дребезга контаков содержит входную щину 1, соединенную г контактом 2, подключенным к источнику лостоянного напряжения 3, интегратор 4, ко торый может быть выполнен, например, на операционном усилителе, выход интегратора соединен с входом пик-детектора 5, а разрядным элементом 6 - с пороговым элеменгом 7 и коллектором транзистора 8, базу которого соединена с коллектором транзистора 9, а эмиттер - с выходной шиной 10, которая либо через внутреннее сопротивление выходного источника, либо через внешнее сопротивление 11 соединена с шиной нулевого потенциала 12. Кроме того, на фиг. 1 дан пример выполнения интегратора на резисторе 13 и конденсаторе 14 и пик-детектора 5 на диоде 15 и конденсаторе 16 (резисторы, включаемые для стабилизации работы транзистора, так как они несущественны для достижения указанной цели изобретения, не показаны). В исходном состоянии, являющемся, как правило, длительным, контакт 2 разомкнут и все элементы схемы обесточены. Это одно из главных преимуществ предлагаемого технического решения, так как большую часть времени схема защиты находится в режиме ожидания и важно, чтобы эту часть времени схема не потребляла электроэнергии, при этом все детали схемы защиты обесточены и не расходуют свои ресурсы, что обеспечивает максимально возможную надежность используемых элементов. Кроме того, схема защиты не требует никаких операций для ее установки в исходное состояние.

При замыкании контакта 1 сигнал, раздробленный (фиг. 2а) в результате дребезга, поступает на вход интегратора 4, вследствие чего накопительный элемент интегратора заряжается. Постоянная времени интегратора 4 выбирается такой, чтобы время его заряда было больше длительности любого

ИЗ импульсов, получаемых в результате дребезга контактов.

Напряжение с выхода интегратора 4 подается на вход пик-детектора 5, вследствие чего напряжение на выходе пик-детектора на этом этапе работы полностью повторяет величину нарастающего напряжения с выхода интегратора 4 (фиг. 26, Ubotx.), при этом постоянная времени интегратора в период его возрастания определяется суммой емкостей конденсаторов 14 и 16. Транзистор 9 надежно закрыт из-за того, что напряжение на его эмиттере и базе приблизительно равно напряжению на выходе интегратора 4, а следовательно пороговый элемент 7 заперт 5 и через него ток не протекает. В качестве порогового элемента 7 можно использовать стабилитрон.

Через некоторое время после за.мыкания контакта 1 напряжение на выходе интегратора , достигает своего максимального значения и в дальнейшем на выходе интегратора 4 и пи к-детектора 5 будет постоянным в течение всего времени за.мкнутого состояния контакта 1, а на выходной шине 10. Uauxi - будет отсутствовать.

При размыкании контакта 1, напряжение на выходе интегратора снижается уже во время дробления импульсов. Уменьшение напряжения на выходе интегратора 4 происходит в течение времени отсутствия напряжения на входе, например, за счет разряда конденсатора 14 через разрядный элемент 6. До размыкания контакта 1 конденсатор не разряжается из-за того, что ток через резистор 13 равен току через разрядный элемент 6. При уменьшении напряжения на выходе интегратора 4 напряжение на выходе пик-детектора остается неизменным (фиг. 26).

Вследствие уменьшения напряжения на

0 выходе интегратора 4 увеличивается разность напряжений на пороговом эле.менте 7. В момент времени, когда напряжение на выходе интегратора 4 становится меньше величины напряжения проводимости порогового элемента 7, последний начинает проводить ток, вследствие чего начинает протекать ток базы, эмиттера и коллектора транзистора 9 и ток базы, эмиттера и коллектора транзистора 8. При этом источником напряжения для эмиттера транзистора 9

Q является напряжение на конденсаторе 16 пик-детектора 5.

Вследствие протекания тока коллектора транзистора 8 увеличивается скорость разояда накопительного элемента интегратора 4, а это приводит к увеличению напряжения на выводах порогового элемента 7 и тока через него. Вследствие увеличения тока базы транзистора 9 увеличивается ток коллектора транзистора 8, скорость спада

напряжения на выходе интегратора 4, ток базы транзистора 9 и т.д., т.е. развивается лавинообразный процесс, при котором транзисторы 9 и 8 входят в режим насыщения и на выходной шине 10 формируется передний фронт выходного импульса Увыж. В течение дальнейшего времени конденсатор 16 разряжается на сопротивление 11.

Конденсаторы 14 и 16 разряжаются быстро через малое сопротивление 11, причем величина напряжения на конденсаторе 16 больше, -чем на конденсаторе 14 на величину падения напряжения на пороговом элементе 7.

В тот момент, когда напряжение на конденсаторе 16 достигает величины напряжения начала проводимости порогового элемента 7, последний запирается, транзисторы 9 и 8 также запираются и на выходной шине 10 в этот момент формируется задний фронт выходного импульса. После этого устройство защиты от дребезга снова готово к приему следующего импульса.

Время готовности схемы защиты к повторной работе может быть практически сделано как угодно малым за счет использования малого сопротивления 11 и малых емкостей конденсаторов 14 и 16.

Степень вероятности формирования ложного импульса Ubbixj при воздействии на схему импульсов помех как во время разомкнутого состояния контакта, так и во время замкнутого состояния значительно меньше, чем в известном устройстве, из-за того, что длительность и мощность этой импульсной помехи должна быть такой большой величины, чтобы обеспечить заряд конденсаторов 14 и 15 до напряжения как минимум начала проводимости порогового элемента 7, величину проводимости которого можно выставить с большим запасом. В связи с тем, что ток через сопротивления 11 значительно большей величины, чем ток через резистор 13 при максимальном входном напряжении на интеграторе, последующий дребезг контактов после формирования переднего фронта выходного импульса влияния на выходной импульс оказать не может. На выходе ивых формируется сигнал, пропорциональный времени нажатия кнопки, также с меньщей вероятностью формирования в нем ложных импульсов.

Ошибка в измерении интервала времени состояния контакта 2 не может превышать в рассматриваемой схеме нескольких дребезгов контакта 2, что является малой величиной по сравнению с временем нажатия контакта 2.

Изобретение выгодно отличается с точки зрения измерения замкнутого состояния контактов, в связи с тем, что в известном устройстве используется одновибратор, вырабатываюший импульс несколько больший, чем время дребезга контактов, которое в основном и определяет ошибку измерения.

В предлагаемой схеме практически исключается задержка появления сигнала на выходе ивыхг по отношению к сигналу на входе схемы, наблюдаемая в известных устройствах. Таким образом устраняется неточность временного повторения сигнала, снимаемого с контакта, что является особенно важным в системах автоматики, где бывает необходимо знать точную информацию о моменте начала переключения контакта датчика. Указанное также позволяет повысить точность цифрового преобразования сигналов, снимаемых с механических контактов и несущих временную информацию, и иметь высокое быстродействие.

0 Предлагаемое устройство удобно тем, что оно формирует как импульс, пропорциональный времени замыкания, так и одиночный импульс с крутым передним фронтом. Последнее удобно в тех схематических решениях автоматики и вычислительной техники, где необходимо формировать одиночный импульс, сигнализирующий размыкание (замыкание) контакта. В том случае, когда необходимо иметь выходной сигнал, синхронизированный с импульсами тактовой частоты, можно в качестве элемента разряда 6 использовать генератор импульсов тока тактовой частоты, импульсы которого осуществляют разряд конденсатора 14 интегратора 4, последовательно с которым включается дополнительный резистор (не показан).

5 Форма импульсов с генератора импульсов тока 6 должна быть пилообразной с крутым передним фронтом, что обеспечивает на указанном дополнительном резисторе скачкообразное падение напряжения на переднем

0 фронте тактовых импульсов с последующим возрастанием этого напряжения в связи с уменьшением падения напряжения на дополнительном резисторе. При этом всегда передний фронт выходного импульса будет совпадать с передним фронтом одного из тактовых импульсов, так как момент релаксационного процесса всегда будет совпадать с передним фронтом синхронизированного импульса из-за получения выходного напряжения с выхода интегратора ступенчатой

Q формы. В описанном случае генератор тактовой частоты импульсов тока имеет возможность работать с любой частотой, что повышает быстродействие рассмотренного технического решения, тогда как в известных технических решениях эта частота ог5 раничена.

Таким образом, использование в данном устройстве импульсов тока разряда интегратора, синхронизированных тактовой частотой, позволяет получить на выходе унифицироваьн ый сигнал, синхронный с тактовым

импульсом, и повысить частоту тактовых импульсов настолько, насколько позволяют используемые логические элементы.

1. УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ОТ ДРЕБЕЗГА КОНТАКТОВ КОММУТАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ, содержащее входную шину, выводы для подключения управляющего контакта, выходн;уЮ щину и интегратор, причем один из выводов для подключения управляющего контак а соединен с входной шиной, отличаю цес: : тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, повышения помехоустойчивости и расширения эксплуатационных возможностей, в него введены пик-детектор, пороговый элемент, разрядный элемент и два транзистора разного типа проводимости, причем другой вывод для подключения управляющего контакта соединен с входом интегратора, выход которого подключен к разрядному элементу, входу пик-детектора и через пороговый элемент - к базе первого транзистора, эмиттер которого соединен с выходом пик-детектора, а коллектор - с базой второго транзистора, эмиттер которого подключен к выходной шине, а коллектор - к выходу интегратора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся i тем, что в качестве разрядного элемента (Л использован генер.атор импульсов тока. to о со Ubi о ff 00