Hoppende

Som studsning er en mekanisk induceret interferenseffekt ved elektromekaniske kontakter og knapper kaldet: I stedet for øjeblikkelig elektrisk kontakt forårsager aktivering af kontakten en kort tid en multiple lukning og åbning af kontakten frem. Årsagen er elastisk rebound mod suspensionen . På den anden side, når kontakten er slukket, eller knappen slippes efter den første afbrydelse, gentages fornyet kontakt meget sjældnere.

Årsag og afvisningstid

Varigheden og antallet af flere kontakter under studsningen bestemmes af afbryderens mekaniske egenskaber, størrelse, aktiveringskraft, returfjederkraft, form og materiale og masse af kontakterne og deres fastgørelser. Et system, der kan svinge, består af massen af ​​kontakter og elasticitet.

Typiske afvisningstider for elektromekaniske kontakter og knapper er i tidsintervallet 100 µs til 10 ms. Skub- og drejekontakter forårsager meget længere kontaktusikkerhed, som ikke er årsag til studs, men korrosion eller snavs.

Bounce -tiden for en 16 A -omskifter til netspænding, som vist på billedet, er ca. 5 ms. I tilfælde af store kontaktorer for flere 100 A kan bounce -tiden også være større end 100 ms. være. I tilfælde af store kontaktorer med en AC-spole afhænger hoppet også stærkt af kontaktor-spolens tilkoblingstid, hvilket påvirker den magnetiske tiltrækningskraft og dermed slagkontaktens slaghastighed.

På den anden side, når relæer, kontaktorer eller afbrydere åbner kontakten, er der normalt ingen studs og derfor ingen svejsning.

effekter

Denne effekt af flere lukninger og åbninger af kontakten fører til uønskede flere hændelser i hurtige elektroniske kredsløb, hvis tidsopløsning er høj nok til at detektere hoppet. Dette påvirker f.eks. Digitale inputenheder såsom et computertastatur , inputcontrollere på tastaturer eller elektroniske kredsløb, der registrerer et relæ eller anden elektromekanisk kontakt. Uden debouncing ville de hoppende lukningsprocesser fejlagtigt registrere et tastetryk som et multiple tastetryk.

Men kontaktpresning forekommer også med elektromekaniske kontakter, relæer og kontaktorer, hvilket fører til øget kontaktslitage og fejl i kontakterne. Kontaktsvejsning, der opstår, når der forekommer overstrømme på samme tid, fremmes i høj grad af hoppefasen, fordi den resulterende bue gentagne gange smelter kontaktmaterialet, som derefter kan svejse, når det lukkes igen under studsningen. Hvis kontakten ikke er designet til en overstrøm, som kan opstå, når belastninger tændes, er der risiko for, at kontakthalvdelerne svejser eller hænger sammen. Om en kontaktsvejsning afhænger meget af den skiftede belastning. Smeltning opstår især, når der tændes i det mindste i første omgang kapacitive belastninger, f.eks. Strømforsyninger i koblet tilstand, hvilket forårsager en tilspændingsstrøm, der er 20 til 50 gange for høj. Dette fører til alvorligt kontaktslitage efter blot et par tusinde omskiftninger, hvilket derefter fører til svigt i kontakten og / eller svejsning.

Åbn vippekontakt med brændte kontakter.

Billedet overfor viser kontakten på en stikdåse, der blev brugt til at tænde for to bærbare strømforsyninger med kun 50 VA hver. Den nominelle strøm af de to strømforsyninger på kun ca. en ampere var ikke et problem for 16 A -kontakten. Du kan dog se på billedet det materiale, der er fordampet fra kontakterne, som er aflejret i switchhuset og selvfølgelig mangler på kontakterne.

brug

I Hammond -orgelet presses fjedrende ledninger under klaverens taster i manualen sammen som trykknapper. Deres hoppende og ikke-synkrone lukning af flere switches er kendt som Hammond-klik , og der er sammensætninger, der bruger og understreger denne egenskab. Nogle elektroniske organer har en omskiftelig kopi af disse lyde.

Modforanstaltninger

Signalkurve over tid for en knap, der hopper i ca. 250 µs under en lukkeproces

Siden begyndelsen af ​​elektronisk signalbehandling og den tilhørende relevans af dette fænomen i signalafbrydere og relæer er forskellige hardware- og softwareprocesser blevet udviklet for at modvirke studsning og dens virkninger. Disse foranstaltninger kaldes debouncing . Debouncingen sker ved hjælp af et lavpasfilter eller en låselogik.

Debouncing med hardware (debouncing circuit)
Knap debounced med RC lavpas på Schmitt -udløseren .
  • I det enkleste tilfælde leveres et RC-element som et lavpasfilter og en Schmitt-trigger til signalformning. Lavpasfilteret undertrykker højfrekvente signalkomponenter og dermed kontakten hopper, Schmitt-triggeren sikrer det passende spændingsniveau for det efterfølgende digitale kredsløb.
"Bounce-free-knap" konstrueret med RS-flip-flop .
  • Ved hjælp af sammenlåsende logik i form af en omskifterkontakt . En asynkron RS-flip-flop eller et passende kredsløb, den "afvisningsfrie knap", bruges til låsning . Omskifterens mekaniske struktur skal sikre, at kontakterne ikke kan svinge mellem de to kontaktpositioner. Kontaktvejen ved skift mellem de to tilstande skal vælges til at være tilstrækkelig stor.
  • Debouncing ved at aktivere AC -solenoidspolen på et relæ eller en kontaktor, hvilket reducerer slagkraften og gør den jævn for alle lukkeprocesser. Til dette formål er magnetspolen blandt andet formagnetiseret og tændt med fasestyring med reproducerbare spændingskurver.
Debounce med software (debounce -rutine)
  • Ændringen i kontaktens tilstand registreres kun, når den har været til stede i et bestemt tidspunkt, den såkaldte debounce- tid . Dette er en form for lavpasfiltrering og kan implementeres som et digitalt lavpasfilter. Normalt, fordi det er enklere, implementeres dette filter i form af en tæller. Tællerværdien, der udløser hændelsen, sammen med tællehastigheden, repræsenterer filterets afskæringsfrekvens.
  • Debouncing kan også udføres i software ved hjælp af sammenlåst logik. Da en omskifter og to digitale indgange er påkrævet for hver nøgle, sammen med den tilhørende højere kredsløbskompleksitet, bruges denne type debouncning imidlertid sjældent.

Hvis låselogikken simuleres af en tidskontrol i form af en monostabil multivibrator i software, genkendes pulsen med den første signalkant, og alle yderligere signalændringer ignoreres efterfølgende i et bestemt tidsrum, men denne metode er følsom over for høj- frekvensinterferenspulser. Da det er en form for højpasfilter, betyder det ikke udgør en pålidelig debouncing. Også undersampling udgør ikke en pålidelig debouncing, da det kun reducerer sandsynligheden for at detektere korte interferensimpulser, men ikke undgå det.

Takket være en særlig mekanisk struktur og kontaktdesign kan næsten afvisningsfrie kontakter også implementeres. Flydende kontaktmaterialer, for eksempel i form af kviksølvkontakten , er praktisk talt uden afvisning. På grund af kviksølv og dets kemiske forbindelsers toksicitet bruges disse kontakter imidlertid ikke længere til at forhindre studs.

Sensorknapper med integreret elektronik som piezo og Hall- knapper indeholder allerede tærskelkontakter internt og leverer normalt afvisningsfrie signaler.

litteratur

  • Dieter Nührmann: Den store arbejdsbogselektronik . 6. udgave. tape 3 . Franzis, 1994, ISBN 3-7723-6546-9 , s. 3191 .
  • Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Semiconductor circuit technology . 9. udgave. Springer, 1989, ISBN 978-3-662-11942-6 , s. 256 .

Weblinks

Individuelle beviser

  1. ↑ Funktioner: Technics E-33