Hlavní strana elektro projektů Kapacitní spínač

Pro jednu aplikaci jsem potřeboval odolné spínače, které budou schované pod plexisklovou deskou. Ovládání mělo probíhat dotykem na vyznačené místo na plexisklu. Ideálním řešením je kapacitní spínač. Reaguje už na přiblížení ruky ke snímací plošce, ale citlivost jde nastavit i na dotyk.
Firma Freescale vyrábí například obvod MPR084, který je určený k vytvoření až osmi kapacitních senzorů. Původně jsem o něm uvažoval, ale obvod komunikuje jen přes I2C sběrnici a mě se do aplikace hodilo něco více "analogového".
Samozřejmě jsem nejdřív hledal nějakou inspiraci abych to nemusel vymýšlet celé od začátku. Nakonec mě zaujala konstrukce uveřejněná v časopisu Amatérské radio 11/2006, kde se mě líbil hlavně elegantní způsob detekce kapacitního proudu. Oproti jiným konstrukcím byla celkem jednoduchá a pro moje účely dostačující. Nakonec jsem z ní použil jen stejný způsob detekce a zbytek jsem si upravil podle svých potřeb.

Kapacitní spínač schéma

Funkce obvodu je následující: 1. polovina OZ pracuje jako oscilátor na frekvenci asi 17 kHz. Signál z oscilátoru jde na emitor T1 a přes rezistor R7 také na bázi T1. Na bázi T1 je přes rezistor R8 připojena snímací elektroda tvořená třeba kouskem plíšku. Přiblížením ruky k elektrodě vytvoříme vlastně kondenzátor přes který začne protékat proud. Jeho kapacita je závislá na ploše elektrod, jejich vzdálenosti a materiálu (permitivitě ɛr) dielektrika. Já jsem potřeboval z konstrukčních důvodů plochu asi 20x20 mm.
S takto malou plochou spínač reaguje na přiblížení ruky jen když je mezi plíškem a rukou nějaké lepší dielektrikum než vzduch. Třeba sklo má zhruba 7,6x větší permitivitu než vzduch, takže kapacita "kondenzátoru" bude 7,6x větší. Tím se samozřejmě zvýší i protékající proud a tím citlivost spínače.

Hodnota rezistoru R7 je velmi závislá na napájecím napětí, ploše elektrody, kmitočtu oscilátoru, proudovém zesilovacím činiteli T1 a požadované citlivosti. Jeho velikost se musí vyzkoušet v konkrétní aplikaci, v mém případě vyhověla velikost 220 kΩ

Napětí na rezistoru R9, usměrněné D1 a vyfiltrované C4 je přímo závislé na proudu "kondenzátorem". Jeho velikost se porovnává komparátorem z druhé poloviny OZ, proti referenčnímu napětí nastavenému trimrem R13. Tím se reguluje požadovaná citlivost spínače. Výstup komparátoru jde na indikační LEDku a optron, který funguje jako konečný výstup spínače.

Kapacitní spínač
©2005-2099, Milan Špaček.
All rights reserved.