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用運算放大器和瞬態開關做的RC計時關斷功能

2012年05月01日

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因為一個電源開關前面板上已沒有多餘的空間,所以設計中需要一種滑動夾取機制(sliding clamp mechanism),當操作人員插入一根光纖時,該裝置會在其傳送頂端時通電。每當操作人員插入另一根光纖時,裝置都必須保持開啟,而當操作人員完成操作不再啟動夾取滑塊時,裝置自動關斷。這種設計沒有多餘的空間去容納一個龐大的多極開關(multipole switch);只適合於單極工作。該設計採用的是黏著在PCB板上且靠在一根金柱的一條鍍磷銅導線,是一個幾乎沒有成本、不佔空間的開關。這個功能不使用處理器或數字時鐘,採用了一個空閒的運算放大器和幾個元件(圖1)。

正常情況下,S1觸點保持開路。當不通電時,C1上的任何殘餘電荷都通過R5和D1消耗掉,D1是一個低洩漏開關二極體,如MMBD2836,它與D2一起包在一個共陽極封裝(common-anode package)內,以防止輸入電流通過IC1進入電源軌。PNP電晶體Q1用於拉出裝置的電流,它保持在關斷狀態;因R4的電流在R1上所形成的壓降太低,不能使Q1偏置導通。因不加電的IC1輸出為零,因此Q2關斷。

關閉S1將Q1偏置為導通態,從而為穩壓器加電,給裝置的其它電路提供電源。S1的關閉還可確保通過R5和D2讓C1完全放電。現在,IC1正常工作了;其正輸入端通過R6和R7被偏置在電池電壓的60%處,這是大約一個RC時鐘常數後的電壓。IC1是一個單電源供電CMOS器件,如LMC6482這種軌至軌運算放大器,有低洩漏的輸入端。也可以使用低洩漏輸入的CMOS比較器;如果它是集電極開路輸出,則必須增加一個R10上拉電阻。

當C1保持放電狀態時,IC1的輸出接近於上電源軌,使Q2導通,Q2可以是任何低洩漏的通用NPN電晶體,如MMBT3904,或是N溝道增強邏輯電平FET。在S1打開保持通電後,Q2維持著流經Q1的基極電流。

當S1打開時,C1開始通過R3、R4和R5充電至Q1的基極電壓,基射電壓結(base-to-emitter-voltage- junction)跌至電池以下。S1隨後的閉合,使C1放電,定時器重新啟動。當S1打開時間長於C1R4的RC時間常數時(以圖中值大約為10秒,R3和R5的值可以忽略),IC1輸入端的電壓上升超過正輸入端,IC1的輸出跌至接近地。這個動作使Q2關斷,從而關斷Q1,裝置斷電。當軌電壓下降時,C1通過D1和R5放電,以避免箝位二極體石破壞IC1的負輸入端,但保持靠近於電源軌。IC1的正輸入端總是等於電源軌的60%,以確保IC1的輸出一直可低至電源軌。調節R8和R9可限制Q2的基極電壓在低於其導通閾值,以防止運算放大器或比較器可能存在的任何輸出毛刺。

圖1 圖中電路採用了一個RC計時器,每次暫態開關觸點閉合時,電路都會按預定的時間長度接通電源。




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