Kontaktieren Sie "Bounce"

Wenn ein Schalter betätigt wird und sich Kontakte unter der Kraft der Betätigung berühren, sollen sie in einem einzigen, knackigen Moment Kontinuität herstellen.

Leider erreichen Switches dieses Ziel jedoch nicht genau. Aufgrund der Masse des beweglichen Kontakts und der dem Mechanismus und/oder den Kontaktmaterialien innewohnenden Elastizität „prallen“ die Kontakte beim Schließen für einen Zeitraum von Millisekunden, bevor sie vollständig zur Ruhe kommen und einen ununterbrochenen Kontakt bieten.

In vielen Anwendungen spielt das Prellen des Schalters keine Rolle:Es spielt keine Rolle, wenn ein Schalter, der eine Glühlampe steuert, bei jeder Betätigung für einige Zyklen „prellt“. Da die Aufwärmzeit der Lampe die Prellzeit bei weitem überschreitet, kommt es zu keinen Unregelmäßigkeiten im Lampenbetrieb.

Wenn der Schalter jedoch verwendet wird, um ein Signal mit einer schnellen Reaktionszeit an einen elektronischen Verstärker oder eine andere Schaltung zu senden, kann das Kontaktprellen sehr auffällige und unerwünschte Auswirkungen haben:

Ein genauerer Blick auf das Oszilloskop-Display zeigt bei einer einzigen Betätigung des Schalters eine ziemlich hässliche Reihe von Marken und Bremsen:

Wenn dieser Schalter beispielsweise verwendet wird, um ein "Takt"-Signal an eine digitale Zählerschaltung zu liefern, so dass jede Betätigung des Drucktasters den Zähler um einen Wert von 1 erhöhen soll, geschieht stattdessen der Zähler bei jeder Schalterbetätigung um mehrere Zähler inkrementieren.

Da mechanische Schalter in modernen Systemen oft mit digitalen elektronischen Schaltungen verbunden sind, ist das Prellen von Schalterkontakten eine häufige Designüberlegung. Irgendwie muss das durch prellende Kontakte erzeugte „Rattern“ eliminiert werden, damit die Empfangsschaltung einen sauberen, klaren Aus-/Ein-Übergang sieht:

Schalterkontakte entprellen

Schaltkontakte können entprellt sein mehrere verschiedene Wege. Das direkteste Mittel besteht darin, das Problem an seiner Quelle anzugehen:dem Schalter selbst. Hier sind einige Vorschläge für die Gestaltung von Schaltmechanismen für minimales Prellen:

• Reduzieren Sie die kinetische Energie des beweglichen Kontakts. Dadurch wird die Aufprallkraft beim Aufliegen auf dem stationären Kontakt reduziert und das Aufprallen minimiert.
• Verwenden Sie "Pufferfedern" an den stationären Kontakten, damit sie sich frei zurückziehen und die Aufprallkraft des beweglichen Kontakts sanft absorbieren können.
• Entwerfen Sie den Schalter eher für „Wischen“ oder „Gleiten“ als für direkten Aufprall. „Messer“-Schalterausführungen verwenden Schleifkontakte.
• Dämpfen Sie die Bewegung des Schaltmechanismus mit einem Luft- oder Öl-"Stoßdämpfer"-Mechanismus.
• Verwenden Sie parallel zueinander liegende Kontaktsätze, die sich jeweils leicht in Masse oder Kontaktlücke unterscheiden, damit beim Abprallen vom stationären Kontakt mindestens einer der anderen noch festen Kontakt hat.
• Benetzen Sie die Kontakte mit flüssigem Quecksilber in einer geschlossenen Umgebung. Nachdem der erste Kontakt hergestellt wurde, behält die Oberflächenspannung des Quecksilbers die Kontinuität des Stromkreises bei, auch wenn der bewegliche Kontakt mehrmals vom stationären Kontakt abprallen kann.

Jeder dieser Vorschläge opfert einige Aspekte der Switch-Leistung für begrenzten Bounce, und daher ist es unpraktisch, alle zu entwerfen Schalter mit begrenztem Kontaktprellen im Hinterkopf.

Änderungen, die vorgenommen werden, um die kinetische Energie des Kontakts zu reduzieren, können zu einem kleinen offenen Kontaktspalt oder einem sich langsam bewegenden Kontakt führen, was die Spannung, die der Schalter verarbeiten kann, und die Stromstärke, die er unterbrechen kann, begrenzt.

Schleifkontakte erzeugen, obwohl sie nicht prellen, immer noch „Rauschen“ (unregelmäßiger Strom, der durch unregelmäßigen Kontaktwiderstand bei Bewegung verursacht wird) und unterliegen mehr mechanischem Verschleiß als normale Kontakte.

Mehrere parallele Kontakte ergeben weniger Prellen, jedoch nur bei höherer Schalterkomplexität und höheren Kosten. Die Verwendung von Quecksilber zum „Benetzen“ der Kontakte ist ein sehr wirksames Mittel zur Minderung von Prellungen, ist jedoch leider auf Schaltkontakte mit geringer Strombelastbarkeit beschränkt.

Außerdem sind quecksilberbenetzte Kontakte in der Regel in der Montageposition eingeschränkt, da die Schwerkraft bei falscher Ausrichtung dazu führen kann, dass die Kontakte versehentlich "überbrücken".

Wenn eine Neukonstruktion des Schaltmechanismus nicht möglich ist, können mechanische Schaltkontakte extern entprellt werden, indem andere Schaltungskomponenten zur Signalaufbereitung verwendet werden.

Eine am Ausgang des Schalters angebrachte Tiefpassfilterschaltung reduziert beispielsweise die Spannungs-/Stromschwankungen, die durch Kontaktprellen erzeugt werden:

Schaltkontakte können elektronisch entprellt werden, indem Hysterese-Transistorschaltungen (Schaltungen, die entweder in einem hohen oder niedrigen Zustand „verriegeln“) mit eingebauten Zeitverzögerungen (genannt „one-shot“-Schaltungen) oder zwei Eingängen verwendet werden, die von einem Doppel- Schalter werfen.

Diese Hystereseschaltungen, die als Multivibratoren bezeichnet werden , werden in einem späteren Kapitel ausführlich besprochen.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Design-Projekt:Ereigniszähler-Arbeitsblatt