復雜的機械開關太貴了？這個改造方法成本低到離譜

原創 EDN電子技術設計 2025-03-21 17:56

“傻瓜式”高密度電源設計 【8/11日直播】搞PIC/CPO的工程師請進！如何做到“固化即永久”？

撥動、滑動、推拉、按壓、觸覺、旋轉等可供選擇的開關樣式不勝枚舉。當然，隨著機械復雜程度的增加，價格(通常)也會上漲，因此，更簡單通常也意味著更便宜。圖1將一個D型觸發器和幾個分立器件添加到一個極小的SPST瞬時按鈕上，實現了經典的按開、按斷開關，從而達到了成本節約的目的。

圖1：F1a以再生方式對S1進行去抖動，因此F1b可以可靠地打開和關閉。

機械開關一個普遍會發生的事是觸點抖動，除非它們是(非常罕見的)水銀潤濕型。當觸動開關時，電路不是一次閉合，而是多次閉合，通常間隔一到兩毫秒，這就是F1a觸發器周圍設置RC網絡和其他奇怪連接的原因。

當按下S1并閉合電路時，C1的10毫秒的充電，并持續到引腳4的0/1切換閾值，當發生這種情況時，F1a同時設置為1并重置為0。這種矛盾的組合是所有“雙穩態”邏輯元件(理論上)都無法容忍的情況，那么，它是否會因為自相矛盾而自毀呢？

實際上，4013數據真值表告訴我們，不會出現如此戲劇性(且沒什么好處)的情況。根據真值表，當以這種方式連接時，F1a只是作為一個非反相緩沖器，引腳2跟隨引腳4的狀態，當引腳4上升到閾值以上時突然變高，當下降到閾值以下時突然變低。通過C1的正反饋使轉換更加清晰，同時確保F1a忽略不可避免的S1抖動。同時，傳遞到F1b引腳11時鐘引腳的干凈轉換使其可靠地切換，如果關閉則翻轉為開啟，如果開啟則翻轉為關閉，并保持到下一次釋放S1然后再次按下為止。

這樣，就實現了一開始所說的按開、按斷功能！

F1b引腳13的阻抗取決于電源電壓，范圍從5V時的500Ω到15V時的200Ω。如果所連接負載的電流需求足夠低，則可以直接從F1b引腳13獲取電源，并且無需使用Q1 MOSFET。否則，就需要Q1 MOSFET，并且需要選擇一個性能合適的晶體管。例如，圖中所示的DMP3099L的Ron小于0.1Ω，可以通過3A電流。

4013輸入電流通常只有10pA。因此，如圖2所示，由一小塊電路板蜿蜒組成的簡單直流觸摸板就可以提供足夠的驅動，并可以完全省去S1，很難找到比這更便宜的了。