按键消抖电路结构与电路模型

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所属分类:电工弱电

图1为某仪器按键电路原理图,按键安装在仪器面板上,通过导线连接到主控板上,按键的一端接上拉电阻并连接后续电路,按键的另一端接地,当按键没有按下时,按键输出高电平,当按键按下时,按键输出低电平。图2为加上滤波电容后的按键电路。

按键消抖电路瞬态分析和设计

图1某仪器按键电路

按键消抖电路瞬态分析和设计

图2按键消抖电路

图3为按键消抖电路的电路模型。图中R0为连接按键导线的电阻,L为导线电感,C0为导线对地电容,Cf为滤波电容,Cp为按键后续电路的输入电容,Ri为按键后续电路的输入阻抗,R为上拉电阻,VCC为电源电压,U为按键消抖电路的输出电压。

按键消抖电路瞬态分析和设计

图3按键消抖电路的电路模型

当按键闭合时,其等效电路模型如图4所示。当按键断开时,其等效电路模型如图5所示。

设某一时刻按键合上,在此之前按键断开,整个电路处于稳态,即各个电容和电感上没有电流流动。此时输出电压U=u0=VCC×R(R+Ri)。则根据图4整个电路可列出以下微分方程:

按键消抖电路瞬态分析和设计

图4按键闭合时等效电路模型

按键消抖电路瞬态分析和设计

图5按键断开时等效电路模型

式中:i0为L所在支路的电流;C为C0,Cf和Cp的等效电容,C为三者之和。对式(1)、式(2)进行拉普拉斯变换后可得:

按键消抖电路瞬态分析和设计

将上式运用留数定理分解可得:

按键消抖电路瞬态分析和设计

设某一时刻按键断开,在此之前按键闭合,整个电路处于稳态,即各个电容和电感上没有电流流动。此时输出电压U=u0=VCC×RiR0(RRi+R0Ri+RR0)。根据图5可列出以下微分方程:

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