利用繼電器遲滯特性實現開關功能
作者 : Larry Stabile，EDN特約作者
機電繼電器為何表現出與固態Schmitt觸發器電路驚人相似的遲滯行為？為何能用於許多類似應用？
在本設計實例中，我們將研究機電繼電器為何表現出與固態施密特(Schmitt)觸發器電路驚人相似的遲滯行為，以及它們為何能用於許多類似的應用。本設計實例的靈感來自於Vladimir Oleynik所發表的「利用施密特觸發器實現開關功能」(Schmitt trigger provides toggle function)一文。Anthony Smith也有幾篇相關的設計實例。
圖1中所示的電路採用機電方法來實現開關功能，它用繼電器取代了Olenyik設計中的Schmitt觸發器IC。
圖1：暫態接觸按鈕開關。
與Schmitt觸發器一樣，繼電器是非線性元件並具有遲滯效應。此處所使用的繼電器是商用HK-19F DPDT DIP繼電器，工作電壓為12V。其典型吸合電壓為7.3V(10mA)，典型釋放電壓為2.7V(3mA)。這是在十幾個繼電器批次中所測得的資料。此類型繼電器所具有的指定典型接通時間為5ms。
上電時，大約會有6mA的偏置電流通過R1流過K1的線圈。這並不足以產生吸合，因此繼電器保持關閉狀態。K1第1極(Pole 1)的常閉端給電阻R2的上端提供12V電壓。當按下按鈕時，C1因此在大約60ms內被充電到V+。當鬆開按鈕時，將會有一個峰值為12V的電流脈衝施加到K1的線圈上。這將使繼電器接通，然後由於遲滯和偏置電流，在電容器放電至偏置電壓後，其將保持接通狀態。接通時，Pole 1常開觸點閉合，從而將電阻R2上端接地。因此，當再次按下按鈕時，電容器將被完全放電，釋放時則會有效地將繼電器線圈分流到地而使其關斷。因為線圈電流現在低於吸合閾值，它將保持關閉。
該電路的一個優點是保持狀態不依賴於閉鎖，因此可使繼電器的一個極隔離而可以自由地開關負載。它以一種最小的自控制封裝提供了按開/按關電源功能。
這種基本的開關模組可以級聯使用而實現二進位計數器。圖2中的電路實現了一個四位元的計數器。輸入訊號為12V脈衝形式。若使用圖1所示的元件值，則該計數器可以處理高達30Hz的訊號。
圖2：一種四位元二進位計數器，它由變頻張弛振盪器驅動。
請注意，在圖2中，邏輯模組化是透過將繼電器線圈(虛線)的磁場顯示為訊號耦合之一部份。實體上，每個繼電器都是計數器的兩個連續位元之一部份。
該計數器使用繼電器振盪器進行測試驅動，如圖2所示。從數位邏輯的角度來看，這本質上是一個張弛振盪器，它使用單個緩衝器和反相器實現，並帶有RC控制的反饋迴路。使用帶有12V電源的6V繼電器，可以實現相對較寬的頻率控制範圍。由於具有反饋迴路，6V繼電器不會受到過電壓的影響。在圖1中所示的元件值覆蓋大約從1.2Hz到10Hz的條件下，其在測試中獲得了超過5:1的頻率範圍。
當然，有多種繼電器可以使用，而且這些電路也有很多變化。節拍器和時脈是其潛在的應用。一個有意思的挑戰是僅使用繼電器和被動元件來設計準確的頻率源。另一個挑戰是如何設計這些電路並使其能在電子管、電晶體和IC如同主動或被動開關元件般常見的時代之前被製作出來。
(參考原文：Relay hysteresis provides toggle function，by Larry Stabile)
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