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Jun 13, 2023

Praktisch

Clive 'Max' Maxfield | 24. Januar 2023 Es scheint, als wäre es erst ein paar Wochen her, dass ich meine Kolumne „Bauen Sie erstaunliche mechanische Schaltkreise, die genauso funktionieren wie elektronische Schaltkreise. Aber wie?“ geschrieben habe. Bekannt als

Clive 'Max' Maxfield | 24. Januar 2023

Es scheint, als wäre es erst ein paar Wochen her, dass ich meine Kolumne „Bauen Sie erstaunliche mechanische Schaltkreise, die genauso funktionieren wie elektronische Schaltkreise. Aber wie?“ geschrieben habe. Diese raffinierte Kreation, die als Spintronics bekannt ist, wurde von Paul und Alyssa Boswell erdacht, deren Ruhm zuvor einem marmorbetriebenen Computer namens Turing Tumble zu verdanken war.

Die Idee hinter Spintronics besteht darin, sich drehende mechanische Analoga elektrischer und elektronischer Geräte zu schaffen, wobei diese mechanischen Implementierungen mithilfe von Ketten als Drähte verbunden sind. Zusätzlich zu einer Stromversorgung und einem Schalter gibt es mechanische Implementierungen von Übergängen, Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten, Transistoren und einem Amperemeter.

Obwohl Spintronik in erster Linie als Lehrmittel für jüngere Leute gedacht ist, glaube ich persönlich, dass es für Menschen jeden Alters von Interesse sein wird. Die tolle Neuigkeit ist, dass ich kürzlich von Paul gehört habe, dass Spintronics-Bausätze jetzt in die ganze Welt verschickt werden.

Es wäre mir peinlich, Ihnen zu sagen, wie viele Stunden ich mit dem Turing Tumble in meinem Büro verbracht habe, und ich wage nicht einmal darüber nachzudenken, wie viel Zeit ich meinem Spintronics-Kit widmen werde, wenn es ankommt.

Es überrascht vielleicht nicht, dass Spintronics für eine Sache, für die es kein Analogon gibt, das Schalterspringen ist. Die meisten Nicht-Ingenieure gehen davon aus, dass ein Kippschalter oder ein Druckknopfschalter beim Aktivieren oder Deaktivieren sauber schließt und öffnet. In Wirklichkeit springt dieser Schalter, was bedeutet, dass er sich über einen Zeitraum von Mikrosekunden bis hin zu Millisekunden bis zu mehr als 100 Mal öffnen und schließen kann.

Nur zum Kichern und Schmunzeln habe ich mein bewährtes Oszilloskop RIGOL DS1054 verwendet, um einige repräsentative Schalter-Bounce-Wellenformen zu erfassen, wie im Bild unten dargestellt. Von oben nach unten haben wir die Spuren eines Kippschalters, eines Druckschalters und eines Endschalters (auch bekannt als Mikroschalter).

Repräsentativer Schaltersprung von einem Kippschalter (oben), einem Druckknopfschalter (Mitte) und einem Endschalter (unten).

Selbst praktizierende Ingenieure können von Switch Bounce überrascht werden, wenn sie noch nie zuvor darauf gestoßen sind. In meiner Kolumne „So verhindern Sie, dass ein umgelegter Schalter wie ein vom Dach fallengelassener Golfball abprallt“ haben wir verschiedene Software- und Hardwaretechniken vorgestellt, mit denen wir das Abprallen von Schaltern abschwächen können.

Eine meiner Lieblings-Hardwarelösungen ist die Verwendung eines integrierten LS18-Schaltkreises (IC) von LogiSwitch. Ich sollte die Tatsache erwähnen, dass einer meiner vielen „Hüte“ der des Chief Technical Officer (CTO) bei LogiSwitch ist. Ich bin also vielleicht etwas voreingenommen, aber ich denke, dass unsere NoBounce-ICs die „Bienenknie“ sind, wenn es um die Entprellung von Schaltern geht .

Der 3-Kanal-LogiSwitch LS18 bekämpft sowohl Rauschen als auch Schalterprellen.

Neben dem 3-Kanal LS18 haben wir auch 6- und 9-Kanal-Versionen. Besonders interessant für mich, wenn ich meine Hobbyprojekte erstelle, ist auch, dass alle diese Chips in Lead-Through-Hole- (LTH) und Surface-Mount-Technology- (SMT) Gehäusen erhältlich sind (wir bieten sogar kleinere Gehäuse für spezielle Anwendungen an). .

Der Grund, warum ich hier über all das schwadroniere, ist, dass wir vor kurzem beschlossen haben, eine kleine Platine zu entwickeln, um die Fähigkeiten des LS18 in Verbindung mit einem bestimmten Gerät eines branchenführenden Schalterherstellers zu demonstrieren. Mein Freund Joe Farr aus Großbritannien hat dieses Demoboard an einem nassen Samstagmorgen für mich entworfen.

LS18-Demonstrationsplatine.

Ich habe die Namen des Unternehmens und des beteiligten Schalters versteckt, um die Unschuldigen (ich zum Beispiel) zu schützen. Ein interessanter erwähnenswerter Punkt ist, dass – wie im mit „LogiSwitch LS18“ gekennzeichneten Bereich zu sehen ist – wir uns für die Verwendung einer SOIC-SN-Gehäuseversion unseres Chips für diese Demo entschieden haben, Joe jedoch auch die Pads für PDIP, MSOP MS und SOT23 beigelegt hat. 6 Pakete für einen schnellen visuellen Größenvergleich (das SOT23-6-Gerät ist so klein, dass man es kaum sehen kann).

Aber wir schweifen ab … Der Grund für diese Kolumne ist das Netzteildesign des Boards. Wie für diese Art von Anwendung üblich, hat Joe dies so konzipiert, dass Benutzer eine Wechselstrom- oder Gleichstromquelle von 7 V bis 12 V anschließen können (im Falle einer Gleichstromquelle können Sie beide Polaritäten verwenden). , Mitte positiv oder Mitte negativ).

Joe hat auch einen Jumper mit zwei zugehörigen Loop-Headern eingebaut (siehe die untere linke Ecke der Platine), damit der Benutzer den vom LS18 aufgenommenen Strom überwachen kann (die Power-LED der Platine ist vor diesem Jumper verdrahtet, sodass der Strom fließt). wird nicht mitgeliefert).

Ich habe Joes Netzteildesigns schon einmal gesehen, aber es gibt zwei Aspekte, die meine Aufmerksamkeit besonders erregt haben. Das erste ist die Tatsache, dass Joe Header-Pins und einen Jumper eingebaut hat, die es dem Benutzer ermöglichen, zwischen 1,8 V, 2,3 V, 3,3 V, 5,0 V und ADJ-Werten („einstellbar“) zu wählen, wobei letztere mithilfe der „einstellbaren“ Werte eingestellt werden können. V.ADJ“-Mehrgangpotentiometer (auf der Unterseite der Platine befinden sich oberflächenmontierte Potis zur Feinabstimmung der anderen Werte). Der zweite interessante Punkt ist Joes Verwendung einer Zenerdiode, um sicherzustellen, dass der Benutzer die Spannung nicht höher als 5,5 V einstellen kann.

Da es für Hobbyprojekte immer praktisch ist, ein kleines Netzteil zur Hand zu haben, habe ich Joe gefragt, ob er eine eigenständige Version dieses verstellbaren Geräts entwickeln könnte. Er hat dies sehr freundlicherweise getan und die Bilder unten zeigen den Schaltplan, das Layout und die fertige Platine.

Schaltplan für ein einstellbares DIY-Netzteil.

Layout für einstellbares DIY-Netzteil.

Zusammengebautes einstellbares DIY-Netzteil.

Ich sollte vielleicht darauf hinweisen, dass Joe aus Gründen, die nur er selbst kennt, seine Energieversorgung immer von rechts nach links anordnet, und ich werde auf keinen Fall Verleumdungen austeilen (mein Wurfarm ist nicht mehr der, der er einmal war). .

Wie wir sehen, kommt bei diesem Design ein einstellbarer positiver Spannungsregler mit drei Anschlüssen LM317 zum Einsatz, der nur zwei externe Widerstände zum Einstellen der Ausgangsspannung benötigt. In unserem Fall ist einer dieser Widerstände ein festes 220-Ω-Gerät, während der andere ein 2-kΩ-Multiturn-Trimmpotentiometer ist. Tatsächlich haben wir auf dieser Platine zwei solcher Potis, VR1 und VR2, sodass wir mithilfe der Brücke an J1 oder J2 zwischen zwei Spannungen wählen können. Wir könnten das Design ändern, um mehr Potis hinzuzufügen, um eine größere Auswahl an Spannungen bereitzustellen, wenn wir das wünschen …

… Apropos, Joe hat auch freundlicherweise die Designdateien zur Verfügung gestellt, sodass Sie bei Bedarf Ihre eigenen Boards bauen können. Diese komprimierte ZIP-Datei enthält die Dateien *.dch (Schaltplan) und *.dip (Layout) im DipTrace-Format (Sie können eine kostenlose Kopie der Schaltplan- und PCB-Designsoftware DipTrace von www.diptrace.com herunterladen).

Komponentenliste.

Zusätzlich zu der oben gezeigten Komponentenliste hat Joe auch die folgenden Anmerkungen gemacht:

Um ehrlich zu sein, ist Joe insofern eine Art Packratte, als er sich Dinge wie Komponenten und Anschlüsse schnappt, wenn er sie im Angebot sieht. Er hat zum Beispiel Kartons mit Vollweggleichrichtern, die er tief im Nebel der Zeit für ein Lied mitgenommen hat. Das ist großartig für Joe, aber nicht so toll für den Rest von uns, der versucht, identische Teile aufzuspüren. Dies erklärt, warum Joe den Vollweggleichrichter auf dieser Platine mit vier 1N4007-Dioden implementiert hat.

Ich muss zugeben, dass ich dem Design von Netzteilen nicht so viel Aufmerksamkeit geschenkt habe, wie ich vielleicht sollte. Ich weiß nur, dass jedes Mal, wenn ich Joe bitte, ein Board für mich zu entwerfen, es mit einem Netzteil ausgestattet ist, das perfekt auf die jeweilige Aufgabe zugeschnitten ist.

Wenn Sie sich entscheiden, dieses Design zu nehmen und Ihr eigenes Board zu bauen – oder dieses Design vielleicht als Ausgangspunkt für die Entwicklung Ihrer eigenen Version zu verwenden – würde ich gerne davon hören (einschließlich Bilder). Und wie immer freue ich mich über Ihre Kommentare, Fragen und Vorschläge.

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