CD4011觸摸開(kāi)關(guān)電路,CD4011 TOUCH SWITCH

作者：李崗

1．觸摸開(kāi)關(guān)電路介紹
本電路通過(guò)手觸摸一個(gè)金屬接觸按鈕，控制電路的開(kāi)或關(guān)。本作品的電路與其他線路沒(méi)有任何連接，可以用來(lái)控制電池供電的電子產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)。電路圖如下圖所示。

2．電路原理
電路由脈沖發(fā)生器、脈沖延遲、接觸按鈕、脈沖反相、CD4011相位比較、脈沖整形、開(kāi)關(guān)鍵及模擬開(kāi)關(guān)等電路組成。電路工作流程圖如下圖示。

由4069的非門(mén)1、2、3組成脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生頻率為25k1"1z的脈沖。將此脈沖信號(hào)分成兩路分別通過(guò)脈沖延遲電路傳送給門(mén)4、5和門(mén)6。兩個(gè)電路中分別接有電阻R3、電容C2和電阻R4、電容C3；這兩個(gè)電阻和電容分別相等，可將脈沖信號(hào)同步延時(shí)5μs。接觸按鈕是一個(gè)圖釘大小的金屬片，接在兩路脈沖信號(hào)中上面的一路中。如果人沒(méi)有觸摸接觸按鈕，則兩路脈沖信號(hào)頻率相同，而且相位也一致。它們通過(guò)脈沖反相電路后，變成相位相差180。的同頻脈沖。這樣的兩路脈沖分別輸入到CD4011相位比較電路，也就是門(mén)7的兩個(gè)輸入端。

當(dāng)沒(méi)有觸摸接觸按鈕時(shí)，輸入到CD4011門(mén)7的兩路脈沖信號(hào)頻率相同，相位相反；也就它們輸入的邏輯值總是一個(gè)是0，另一個(gè)是1；此時(shí)CD4011的門(mén)7輸出為高電平，無(wú)脈；中信號(hào)輸出；門(mén)8輸出低電平，觸摸開(kāi)關(guān)電路不工作。
當(dāng)人用手指觸摸接觸按鈕時(shí)，由于人體感應(yīng)作用，相當(dāng)于在這一路RC延遲電路中接入了一個(gè)電容，導(dǎo)致這一路電容量增加，信號(hào)延遲的時(shí)間也會(huì)變長(zhǎng)。這一路的脈沖相位就會(huì)遲滯于另一路脈沖的相位。這樣輸入到CD4011門(mén)7的兩路脈沖信號(hào)相位差就不再是正好相差180。。在一個(gè)脈沖周期內(nèi)。當(dāng)門(mén)7的一個(gè)輸入端為高電平時(shí)，在一個(gè)很窄的時(shí)間區(qū)間內(nèi)另一輸入端也是高電平。這樣，在每一個(gè)脈沖周期內(nèi)，出現(xiàn)了這樣的一個(gè)時(shí)間段；在此時(shí)間段門(mén)7的兩個(gè)輸入端都為高電平；于是門(mén)7輸出低電平。
經(jīng)過(guò)門(mén)8反相，得到一個(gè)高電平脈沖。由于這個(gè)時(shí)段是一個(gè)脈沖周期中的很小的一部分，門(mén)8輸出的脈沖占空比很小。
為了利用門(mén)8輸出的窄脈沖信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路，需將窄脈沖信號(hào)整形。門(mén)8輸出的窄脈沖由二極管D及電阻R6和電容C4整形，由門(mén)9、10輸出到開(kāi)關(guān)鍵電路。
開(kāi)關(guān)鍵電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)2分頻電路，由雙D觸發(fā)器CD4013的一半組成。經(jīng)過(guò)由CD4013分頻的控制信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)三極管9013，由9013推動(dòng)喇叭和發(fā)光二極管模擬開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

3．電路調(diào)整要點(diǎn)
脈沖延遲電路的電容C2、C3的大小應(yīng)與人體感應(yīng)產(chǎn)生的電容數(shù)量級(jí)相同，本作品取50pF。脈沖發(fā)生器的頻率與脈沖延遲電路的時(shí)間常數(shù)密切相關(guān)。建議延遲電路的時(shí)間常數(shù)為脈沖周期的1／8。例如本例中R3×C2=5μs，脈沖周期為2.2R2×C1=40μs。
由于脈沖延遲電路中上面的一路接有接觸按鈕。并且在脈沖反相電路中多用了一個(gè)非門(mén)，導(dǎo)致該線路分布電容增大；于是在下面的一路電路中，接入了電阻R5，使兩路的分布電容大致相等。
經(jīng)過(guò)整形后的控制信號(hào)通過(guò)濾波電路R7、C5接的CD4013的輸入端。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，這一對(duì)阻容元件不可缺少，它們對(duì)CD4013工作穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。
應(yīng)該根據(jù)電路工作狀況調(diào)整電路。由于主要電路工作在超音頻，測(cè)量起來(lái)比較困難。為了解決這一問(wèn)題，我們可以從宏觀測(cè)量結(jié)果推測(cè)電路工作狀態(tài)是否正常。方法是用電壓表測(cè)量門(mén)9輸入端的電壓。這個(gè)電壓反應(yīng)了脈沖延遲電路和CD4011相位比較電路的工作狀態(tài)。沒(méi)有觸摸接觸按鈕時(shí)，門(mén)9輸入端的電壓越小越好；以電源電壓6V為例，電壓在0.5V以下為正常；當(dāng)用手指觸摸接觸按鈕時(shí)，電壓應(yīng)在5V以上。

4．雙D觸發(fā)器CD4013
CD4013的管腳接線圖如下圖所示。電路采用的開(kāi)關(guān)鍵電路用了CD4013上面的一半組成2分頻器；下面的一半沒(méi)有用，所有閑置的輸入端一律接地，閑置的輸出端則懸空。