تعریف مدار دیبانس کلیدزنی RC

مدار دیبانس کلیدزنی RC:

در تصویر زیر نمایی از یک مدار دیبانس RC برای صاف کردن ولتاژ کلیدزنی را مشاهده می کنید.

با اضافه کردن یک مقاومت 1000 اهم و یک خازن 1 میکرو فاراد به مدار واسط ورودی کلیدها، می توان مشکل جهش ولتاژ در خروجی کلیدها را حل کرد.

ثابت زمانی مدار RC را T می نامیم. T باید به صورتی انتخاب شود که از زمان نوسان ولتاژ کلیدزنی بزرگ تر باشد.

می توان از یک بافر اشمیت تریگر معکوس کننده نیز جهت تولید خروجی با لبه های تیز برای گذار از سطح HIGH به LOW و از LOW به HIGH استفاده کرد. اما نحوه عملکرد این نوع از مدارات واسط ورودی چگونه است؟

در مطلب مدارات RC دیدیم که یک خازن با نرخی که توسط ثابت زمانی T آن تعیین می شود، شارژ می شود.

این مقدار ثابت زمانی توسط عبارتT=R∗C بر حسب ثانیه محاسبه می شود و در آن R مقدار مقاومت بر حسب اهم و C مقدار خازن بر حسب فاراد است. بنابراین مقدار ثابت زمانی مدار RC را به این طریق می توان به دست آورد.

ابتدا فرض می کنیم که کلید بسته باشد و خازن به صورت کامل دشارژ شده باشد. بنابراین ورودی به معکوس کننده در سطح LOW منطقی قرار دارد و خروجی آن سطح HIGH است. زمانی که کلید را باز کنیم، خازن از طریق دو مقاومتR1وR2 شارژ می شود.

سرعت شارژ شدن خازن در این مرحله توسط ثابت زمانی شبکه RC تعیین می شود که برابر باC(R1+R2) است.

با شارژ شدن خازن، هر گونه نوسان موجود در ولتاژ کلیدزنی توسط ولتاژ دو سر خازن صاف می شود. زمانی که شارژ روی صفحات خازن برابر یا بزرگ تر از کمینه مقدار ولتاژ ورودی بالای معکوس کننده (VIH) شود، معکوس کننده حالت خود را عوض می کند و خروجی آن در سطح LOW منطقی قرار می گیرد.

در این مثال ساده از مدار واسط ورودی برای کلید، مقدر RC برابر با 10 میلی ثانیه است و به اتصالات کلید این امکان را می دهد که زمان کافی برای مستقر شدن در حالت نهایی خود را داشته باشند.

زمانی که کلید بسته باشد، خازن که اکنون به صورت کامل شارژ شده است، سریعا از طریق مقاومت 100 اهم به مقدار صفر دشارژ می شود و نرخ دشارژ شدن آن از طریق ثابت زمانی شبکه RC و برابر باC∗R2
به دست می آید.

دشارژ شدن خازن باعث می شود که معکوس کننده حالت خروجی خود را از سطح LOW به سطح HIGH تغییر دهد. بنابراین، عملکرد کلید باعث نوسان در اتصالات آن می شود و در نتیجه خازن تمایل دارد که همواره شارژ شود و سپس سریعا دشارژ شده و به صفر بازگردد.

از آن جا که ثابت زمانی شبکه RC شارژ شدن ده برابر بزرگ تر از ثابت زمانی شبکه RC برای دشارژ شدن است، خازن با سرعت کافی شارژ نمی شود.

به عبارت دیگر خازن قبل از بازگشتن نوسانات کلیدزنی به حالت نهایی موقعیت بسته کلید، شارژ نمی شود. چون زمان صعود ورودی کاهش یافته است، بنابراین معکوس کننده همچنان خروجی را در سطح HIGH نگه می دارد.

در نتیجه، این که کلید هنگام باز یا بسته شدن چقدر نوسان کند اصلا مهم نیست، در هر حال می توان یک پالس خروجی تکی و صاف را از معکوس کننده دریافت کرد.

مزیت اصلی این مدار دیبانس کلیدزنی بسیار ساده، در این است که اگر اتصالات کلید، جهش های زیادی داشته باشند یا برای زمان زیادی نوسان ادامه داشته باشد، می توان ثابت زمانی مدار RC را تا مقدار لازم بالاتر برد و این زمان را جبران کرد.

البته به این نکته توجه کنید که افزایش مقدار تاخیر زمانی RC به این معنی است که قبل از عملکرد مجدد کلید باید به اندازه زمان تاخیر صبر کرد؛ زیرا اگر زودتر از آن مجددا از کلید استفاده کرد، کلید قادر نخواهد بود تا سیگنال خروجی دیگری را تولید کند.

اگرچه این مدار ساده دیبانس کلیدزنی می تواند برای مدار واسط کلیدهای تکی در مدارات الکترونیکی و میکروکنترلرها به خوبی عمل کند، اما عیب اصلی ثابت زمانی شبکه RC مورد استفاده در این روش این است که قبل از اعمال کلیدزنی بعدی، زمان تاخیری باید رعایت شود.

اگر عملکرد کلیدزنی با سرعت زیادی تغییر حالت دهد و یا مانند صفحه کلیدها لازم باشد تا چندین کلید به صورت همزمان فشار داده شوند، آن گاه این تاخیر زمانی قابل قبول نخواهد بود.

یک راه برای غلبه بر این مشکل و تولید یک مدار واسط ورودی سریع تر برای کلیدزنی، استفاده از دو گیت NAND دو ورودی یا دو گیت NOR دو ورودی است که با یکدیگر کوپل متقاطع شده باشند.