新颖的触摸式电子互锁开关

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(孙伟)一般音响设备的面板上都有一个功能选择开关,通过操纵此开关,可以使机内电路分别处于录放、调幅、调频、电唱等状态,这个开关是互锁式的。由于它是一个机械开关,所以可靠性较差,寿命有限。本文向读者介绍一种新颖的触摸式电子互锁开关,完全可以代替上述机械式的功能选择开关,效果非常好。

要想使电子开关完全代替原来机械式功能开关,电子互锁开关必须具有如下功能:①完成录放、调幅、调频、电唱等立体声模拟电信号的转换;②完成通路指示装置的转换;③完成电源的转换。图1是本电子开关的电原理图。从图中可以看出,功能转换开关的变化是靠四双向模拟开关集成电路CD4066(图中的IC\(_{3}\)和IC4)来完成的,它的作用是传递音频信号,在导通的情况下,可传输在V\(_{SS}\)~VDD之间变化的模拟信号电压,由于本机集成电路的供电电压为5伏,这样输入的模拟信号就可以在0~5伏之间变化。模拟开关在导通时,它的导通电阻约200欧姆左右;在关断状态下呈高阻态。模拟开关的通断由控制端的电平高低来决定,控制信号分别来自IC\(_{2}\)的Q1~Q\(_{4}\)端,当IC3、IC\(_{4}\)中的A、B、C、D四个开关的某一控制端为高电平时,该模拟开关导通,传递模拟信号;如果该控制端为低电平,模拟开关则断开,呈高阻态。为了传输如图所示的录放、调幅、调频、电唱四路立体声模拟信号,共需八个模拟开关,所以本文中采用两块四模拟开关集成电路来承担此任。图1中IC1为六同相CMOS缓冲器,它的作用是实现触摸功能,并且同时向IC\(_{2}\)内四D触发器提供CP脉冲,本电路只用到这块集成电路六个同相缓冲器中的五个同相缓冲器a、b、c、d、e。R1~R\(_{4}\)、C1~C\(_{4}\)分别接在a、b、c、d四个同相缓冲器的输入端和地之间,由于CMOS缓冲器的输入阻抗非常高,所以在开机过程中a、b、c、d四个同相缓冲器的输入端全部被R1~R\(_{4}\)钳制在低电平,它们的输出端也为低电平。这样通过四个二极管D1~D\(_{4}\)加到另一个缓冲器e输入端的电平也为低电平。图1中e缓冲器起波形变换和延迟作用,并向下一级的四个D触发器提供CP脉冲。由于e缓冲器的输入端为低电平,所以它的输出端,即IC2四个D触发器的CP端也为低电平。同时由a、b、c、d四个缓冲器输出端来的低电平先于CP脉冲加到D\(_{A}\)~DD四个触发器的输入端,所以在开机的过程中四个D触发器的输出端Q\(_{1}\)~Q4全部为低电平,由它控制的四双向模拟开关IC\(_{3}\)和IC4全部为断开状态。同时四个D触发器另一组输出端Q\(_{1}\)~Q4全部输出高电平,指示发光二极管DL\(_{1}\)~DL4将不被点亮。并且这个高电平通过R\(_{22}\)~R25加到了BG\(_{1}\)~BG4基极上,使BG\(_{1}\)~BG4饱和,BG\(_{1}\)~BG4的饱和又导致了BG\(_{5}\)~BG8的截止,四路稳压电源都没有输出电压供给录放,调幅、调频和电唱的四个前置部分。所以在开机后四路模拟开关都不工作。当用手指触摸A端时,R\(_{1}\)的上端因受到感应电压的影响,向缓冲器a输入一个正脉冲,缓冲器也输出一个正脉冲,加到触发器DA的输入端D\(_{1}\)上,同时这个正脉冲还通过二极管D1加到了缓冲器e输入端上,缓冲器e也输出一个高电平至四D触发器的CP端,由于这时四个触发器只有D\(_{A}\)触发器输入端加有正脉冲(高电平,所以只有DA触发器发生翻转,输出端Q\(_{1}\)变为高电平,Q1变为低电平。由于Q\(_{1}\)端变为高电平,使得A路双向模拟开关接通,传输录放头来的立体声模拟信号至输出端所接功放部分进行放大。同时Q1端变为低电平,使发光二极管D\(_{L1}\)被点亮,指示这一路开关被接通开始工作。并且三极管BG1因Q-\(_{1}\)端低电位的到来而截止,导致BG5导通,第1路稳压电源输出电压V\(_{A}\)通过A路模拟开关向输入端所接录放头供电,A路模拟开关部分全部进入工作状态。输出端所接放大器放大录放头来的音频信号。如果此时再触摸B触摸端,则电阻R2上端感应脉冲电压后输入缓冲器b,b输出高电平加到触发器D\(_{B}\)输入端D2上,同时这个高电平经二极管D\(_{2}\)、缓冲器e接至触发器CP端上,这时由于A触摸端上因R1上电压泄漏后变为低电平,这个低电平加到触发器D\(_{A}\)输入端D1上,D\(_{1}\)为低电平输出端Q1为高电平;触发器D\(_{B}\)输入端D2为高电平,输出端Q\(_{2}\)为低电平,所以当CP脉冲作用时,触发器DA、D\(_{B}\)会同时发生翻转,DA输出端Q\(_{1}\)变成低电平,关断了A路模拟开关,Q-1变为高电平,熄灭了指示发光二极管D\(_{L1}\),同时BG1饱和、BG\(_{5}\)截止,关断了第1路稳压电源电路;DB的输出端Q\(_{2}\)变为高电平,接通B路模拟开关,传输调幅立体声模拟信号.Q-2端变为低电平,点亮指示发光二极管D\(_{L2}\),并使BG2截止、BG\(_{6}\)导通接通第2路稳压电源,输出电压VB向调幅接收头供电。输出端所接放大器这时放大从调幅头来的立体声模拟信号。这样模拟开关就完成了功能选择转换、指示及电源转换的功能。再触摸其它触摸端,还可选择调频、电唱等其它功能。

图1
图1 🔍原图 (1808×1041)

本开关电路中IC\(_{1}\)选用CD4050六同相缓冲器集成电路,可用国产J331代替。IC2选用四D触发器集成电路74LS175。IC\(_{3}\)和IC4为四双向模拟开关集成电路CD4066,也可用国产C544集成电路代换。这三种集成电路的功能示意图及接线图见图2。晶体管BG\(_{1}\)~DG4采用3DG6,BG\(_{5}\)~BG6的型号可根据所接电路需要的供电电流而定,一般可采用3DG12。因IC\(_{2}\)为TTL型器件,所使用的电源电压为5伏,而IC1、IC\(_{3}\)和TC4均为CM-OS器件,电源电压可取3~18伏。为求整个电路不需要多路供电,所以用BG\(_{9}\)进行稳压后输出5伏电压向整个电路供电。图3、图4是电路印刷线路板图,其中图4所示的印刷线路板可随机固定在机箱面板上,上面的发光二极管指示工作状态。触换端可用装饰性金属片制成。两块印刷线路板则通过九根导线连接起来。整个电路在装配完毕检查无误后,先在电源部分接上电流表,再接通电源。一般情况下四块集成电路的耗电电流应在30毫安左右。四路稳压电源中的R26~R\(_{29}\)电阻值应尽量选大一些,这是因为BG1~BG\(_{4}\)在饱和时,将这四个电阻间接接入了电源,若在电阻上的电流过大,将是无畏的损耗。这几项检测无误后,即可对电路的功能进行检查,触摸A触摸端,则A路模拟开关接通,指示发光二极管DL1点亮,测量BG\(_{5}\)发射极电压VA,应有电压输出。再测BG\(_{6}\)~BG8各路应无电压输出。然后再检查其它各路工作情况均应正常可靠。本开关输出端所接的功放部分,输入阻抗要求应大于50千欧。

图2
图2 🔍原图 (506×999)
图3
图3 🔍原图 (1188×1165)
图4
图4 🔍原图 (1043×457)