디 바운싱 회로의 커패시터는 어떻게 작동합니까?

다음 회로 (LED를 켜는 디 바운스 드 푸시 버튼)에서 :

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

커패시터가 스위치를 우회하는 것처럼 보이기 때문에 LED가 켜지지 않는 이유를 이해하려고합니다. 커패시터가 가득 차면 전기를 전송 / 전도하지 않습니까?

당신은 내가 매우 초보자임을 알 수 있지만, 20 시간 동안 다양한 튜토리얼을 읽은 후에도 여전히 매우 간단한 것을 알아낼 수는 없습니다. 전체 커패시터는 간단한 와이어와 어떻게 다르게 작동합니까? 커패시터 대신 와이어를 배치 한 와이어로 커패시터를 교체하면 표시등이 항상 켜집니다.

편집 : 일부 사람들은 디 바운싱 회로가 의미가 없다고 지적했습니다 (나쁜 전압 등). 더 이해하기위한 두 번째 시도는 다음과 같습니다. R5와 R6은 동일 할 수 있지만, 개별적으로 유지하면 각 구성 요소에 1 개의 작업을 유지하는 데 도움이된다고 생각했습니다.

이것은 좋은 디 바운스 회로가 아닙니다.

한 가지 문제는 스위치와 연결 와이어의 저항이 (적어도 이상적으로) 0이라는 것입니다. 이것은 스위치가 닫힐 때 커패시터가 즉시 방전됨을 의미합니다. (실제로, 커패시터에 충분한 전압이 있고 용량이 충분한 경우이 급속 방전은 스위치 접점 또는 배선에 좋지 않을 수도 있습니다.)

용량 성 스위치 디 바운스는 스위치가 한 상태 일 때 커패시터를 천천히 충전하고 다른 상태 일 때는 천천히 방전시켜야합니다. RC 상수는 같을 필요는 없지만 0이 아닌 값이어야합니다. 회로에는 커패시터의 충전을 제어하는 ​​저항이 있습니다. 스위치 루프에 저항 만 있으면 정상적으로 방전됩니다.

$t = 0$

$t = 0$$t = 0$

여기서 마지막으로 고려해야 할 사항은 회로에 LED 만 켜지므로 스위치 바운스가 신호에서 글리치로 변하는 광학 검출기에서 LED가 빛나지 않는 한 스위치 바운스는 기본적으로 약한 것입니다. LED의 작업이 단지 예쁜 빛을 제공하는 것이라면 눈이 스위치 바운스를 볼 정도로 빠르지 않을 것입니다.

다음은 회로의 시간 도메인 시뮬레이션입니다 (V1을 3V로 변경 한 후). 플롯되는 것은 LED 전류입니다. 중요 : Skip Initial (초기 건너 뛰기) 매개 변수가 Yes (예)로 설정되어 있으므로 커패시터가 처음 비어 있고 전압 소스가 3V로 통전 될 때 어떤 일이 발생하는지 확인할 수 있습니다. 이것은 모두 스위치가 열린 상태입니다.

보시다시피, 전류는 LED를 통해 서지 후 감소합니다. 작동자가 푸시 버튼을 통해 LED를 엄격하게 제어하려는 의도라면 설계에서 의도를 100 % 구현하지 않습니다.

아래 설명과 관련하여 목표는 실제로 마이크로 컨트롤러 핀 (5V에서 실행되는 모든 것)을 구동하는 것입니다. 첫째, 커패시턴스없이이 작업을 수행 할 수 있으며 상당히 낮은 속도로 핀을 샘플링하여 소프트웨어에서 디 바운싱을 처리 할 수 ​​있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

스위치가 열리면 풀다운 저항에 의해 출력이 0V로 당겨집니다. 스위치를 닫으면 저항 상단의 전압이 5V로 상승합니다. 이 출력은 신호로 간주 될 수 있습니다. 우리는 신호의 저주파 성분에 관심이 있습니다 : 비교적 느린 스위치 누름. 스위치 바운스와 같은 고주파를 거부하고 싶습니다. 이를 위해 수동형 1 극 RC 저역 통과 필터를 추가 할 수 있습니다.

^{이 회로를 시뮬레이션}

이제 스위치가 닫히면 커패시터가 충전됨에 따라 전압이 점차 상승합니다. 시간 도메인 시뮬레이션에서이를 확인할 수 있습니다.

스위치가 열리면 커패시터는 R1과 R1을 통해 방전되어 점차적으로 전압을 0으로 떨어 뜨립니다. 커패시터는 기본적으로 R1의 전압을 따르지만 R1을 통해 충전하고 R1 및 R2를 통해 방전해야하기 때문에 지연됩니다. (방전은 충전보다 두 배 느립니다!)

마이크로 프로세서 입력은 임피던스가 높은 전압을 감지하므로 부하 효과를 무시하고 다이어그램에 표시 할 수 없습니다. 회로가 공급해야하는 전류가 필요하기 때문에 LED의 경우에는이 작업을 수행 할 수 없습니다. 이 전류는 저항을 통해 흐르고 고려해야 할 전압을 발생시킵니다. 즉, "부하 효과"가 있습니다.

이 유형의 회로는 Schmidt 트리거에 출력을 공급하면 훨씬 잘 작동합니다. 슈미트 트리거는 온도계와 유사한 히스테리시스를 나타내는 일종의 디지털 신호용 버퍼입니다. 일부 높은 입력 임계 값을 초과하면 출력이 높아지고 다른 낮은 임계 값을 초과하면 출력이 낮아집니다. 예를 들어, 입력이 3.5V를 초과하면 높을 수 있고 입력이 1.5 미만으로 떨어지면 낮을 수 있습니다.

따라서 커패시터가 약간의 잡음을 허용하여 입력 임계 값의 교차 근처에서 앞뒤로 약간의 반전이 발생할 수있는 경우에도 슈미트 트리거는이를 거부합니다.

커패시터로 LED를 디 바운스하고 싶다고 가정 해보십시오. 문제는 LED에 전류를 공급해야하기 때문에 저항이 너무 낮아진다는 것입니다. 동일한 회로를 사용하고 저항을 더 작게 (그리고 커패시터를 같은 요인으로 더 크게) 만들면 전력을 낭비하게됩니다. 이를 수행하는 방법은 작은 신호 루프를 사용하여 스위치를 처리하고 디 바운스 한 다음 전압을 사용하여 전류를 LED에 덤프하는 트랜지스터를 제어하는 ​​것입니다.

하지만 디 바운싱 우리는 저항기 및 / 또는 커패시터 충분한을 할 경우, 쓸모가있을 수있는 LED를, 우리는 좋은 행동을 얻을 수의 LED가 천천히 버튼을 누르고 때 페이딩 및 출시 때 페이드 아웃.

^{이 회로를 시뮬레이션}

이것은 이전과 동일한 회로입니다. "out to microcontroller"노드는 이제 전류를 LED로 구동하는 n 채널 MOSFET의베이스에 연결됩니다. MOSFET은 LED 구동에서 디 바운스 로직을 "버퍼링"합니다. 디 바운스 회로는 LED의 낮은 임피던스에 의해 방해받지 않으며, 디 바운스 회로의 높은 임피던스에 의해 LED에 전류가 흐르지 않습니다.

이 효과는 정상 상태에서 커패시터가 DC 전압의 모든 전류를 효과적으로 차단하기 때문에 발생합니다. 이것은 방정식을 이해함으로써 볼 수 있습니다

i = C * (dV / dt)

DC에서 차동 항은 0이므로 전류는 0입니다. 따라서 커패시터를 통과하는 전류는 정상 상태에서 0이됩니다.

그것을 당연한 것으로 생각한다면이 회로가 왜 작동하는지 상당히 분명해야합니다. 당신이 그것보다 더 자세한 내용을 원한다면, 이 비디오 는 아마도 커패시터의 물리학이 내 설명보다 위의 결과를 산출하는 방법을 보여주는 더 나은 일을 할 것입니다.

커패시터는 많은 목적으로 매우 작은 충전식 배터리로 간주 될 수 있습니다. 충전 또는 방전 중에는 전류 만 전달됩니다.

대부분의 LED는 조명에 2V 이상이 필요합니다. 회로가 전혀 작동하려면 전압 소스가 3V 이상이어야합니다. 그러면 커패시터가 충전됨에 따라 스위치를 연 후 LED가 1 초 동안 계속 켜질 수 있습니다.

"When the capacitor is full, it doesn't transmit/conduct electricity"

예. 그것은 와이어가 아니며 (심볼처럼) 두 개의 평행 판이 서로 가깝습니다.