¿Cómo funciona el condensador en un circuito antirrebote?

En el siguiente circuito (un botón antirrebote que enciende un LED):

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Estoy tratando de entender por qué el LED no se encenderá ya que el condensador parece que está pasando por alto el interruptor. Cuando el capacitor está lleno, ¿no transmite / conduce electricidad?

Notarás que soy muy principiante, pero después de 20 horas de leer varios tutoriales, todavía no puedo entender algo muy simple; ¿Cómo actúa el capacitor completo de manera diferente a un simple cable? Si reemplazara el condensador con un cable colocado un cable en lugar del condensador, la luz siempre estaría encendida.

Editar: Algunas personas señalaron que el circuito antirrebote no tenía sentido (mal voltaje, etc.) Aquí está mi segundo intento de tener más sentido. R5 y R6 podrían ser lo mismo, pero pensé que mantenerlos separados ayudaría a mantener 1 trabajo para cada componente.

Este no es un buen circuito antirrebote.

Un problema es que (al menos idealmente) el interruptor y sus cables de conexión tienen una resistencia de cero. Esto significa que el condensador se descargará instantáneamente cuando el interruptor esté cerrado. (En términos prácticos, también, esta descarga rápida podría incluso ser perjudicial para los contactos del interruptor o el cableado, si hay un voltaje lo suficientemente alto en el condensador y tiene una capacidad lo suficientemente alta).

Un rebote del interruptor capacitivo debe cargar lentamente el condensador cuando el interruptor está en un estado y descargarlo lentamente cuando está en otro estado. La constante RC no tiene que ser la misma, pero debería ser algo distinto de cero. El circuito tiene resistencias que controlan la carga del condensador; solo necesita una resistencia en el circuito del interruptor para descargarlo con gracia.

$t = 0$

$t = 0$$t = 0$

Una consideración final aquí es que el circuito solo enciende un LED, por lo que el rebote del interruptor es básicamente discutible, a menos que el LED brille en algún detector óptico donde el rebote del interruptor se convierte en una falla en la señal. Si el trabajo del LED es simplemente proporcionar una luz bonita, entonces su ojo ni siquiera será lo suficientemente rápido como para ver el rebote del interruptor.

Aquí hay una simulación en el dominio del tiempo del circuito (después de cambiar V1 a 3V). Lo que se traza es la corriente del LED. Importante: el parámetro Saltar inicial está configurado en Sí, por lo que podemos ver qué sucede cuando el capacitor está inicialmente vacío y la fuente de voltaje se energiza a 3V. Esto es todo con el interruptor en un estado abierto.

Como puede ver, la corriente aumenta a través del LED y luego se apaga. Si su intención era que el operador controlara estrictamente el LED mediante el botón, entonces su diseño no implementa su intención al cien por cien.

Con respecto al comentario a continuación, suponga que el objetivo es realmente conducir un pin de microcontrolador (todo funcionando a 5V). En primer lugar, podemos hacer eso sin ninguna capacitancia y manejar la eliminación de rebotes en el software al muestrear el pin a una velocidad razonablemente baja.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Cuando el interruptor está abierto, la salida es llevada a 0V por la resistencia desplegable. Cuando cerramos el interruptor, el voltaje en la parte superior de la resistencia aumenta a 5V. Esta salida puede considerarse como una señal. Estamos interesados ​​en el componente de baja frecuencia de la señal: prensas de interruptor relativamente lentas. Queremos rechazar las frecuencias altas, como el rebote del interruptor. Para ese objetivo, podemos agregar un filtro de paso bajo RC unipolar pasivo:

^{simular este circuito}

Ahora, cuando el interruptor se cierra, el voltaje aumenta gradualmente a medida que se carga el condensador. Puedes ver esto en la simulación del dominio del tiempo:

Cuando se abre el interruptor, el condensador se descargará a través de R1 y R1, bajando gradualmente el voltaje a cero. El condensador básicamente sigue el voltaje de R1, pero con retraso debido a tener que cargar a través de R1 y descargar a través de R1 y R2. (¡Tenga en cuenta que la descarga es el doble de lenta que la carga!)

La entrada del microprocesador detecta el voltaje con alta impedancia, por lo que podemos ignorar su efecto de carga y ni siquiera mostrarlo en el diagrama. No podemos hacer esto en el caso del LED porque requiere corriente que nuestro circuito debe suministrar. Esa corriente fluye a través de nuestras resistencias y desarrolla voltajes que debemos tener en cuenta: en otras palabras, tiene "efectos de carga".

Este tipo de circuito funciona aún mejor si alimentamos la salida a un disparador Schmidt. Un disparador Schmidt es un tipo de búfer para señales digitales que muestra histéresis similar a un termómetro. Su salida aumenta cuando se supera un umbral de entrada alto, y baja cuando se supera un umbral bajo diferente. Por ejemplo, puede subir cuando la entrada supera los 3,5 voltios, y solo baja cuando la entrada cae por debajo de 1,5.

Entonces, incluso si el capacitor permite un poco de ruido que aún podría causar un pequeño volteo hacia adelante y hacia atrás cerca del cruce del umbral de una entrada, el disparador Schmidt lo rechazará.

¿Supongamos que queremos eliminar el rebote del LED con un condensador? El problema es que las resistencias terminan siendo demasiado bajas debido a la necesidad de suministrar corriente al LED. Si solo usamos el mismo circuito y hacemos las resistencias más pequeñas (y el condensador más grande por el mismo factor), terminamos con algo que desperdicia energía. La manera de hacer esto es usar un pequeño bucle de señal para manejar el interruptor y eliminar el rebote, y luego usar el voltaje para controlar un transistor que descarga corriente en el LED.

Aunque eliminar el rebote de un LED podría ser inútil, si hacemos que las resistencias y / o el capacitor sean lo suficientemente grandes, podemos obtener un buen comportamiento: el del LED que se apaga lentamente cuando se presiona y mantiene presionado el botón, y se apaga cuando se suelta.

^{simular este circuito}

Este es el mismo circuito que antes: el nodo "out to microcontroller" ahora se conecta a la base de un MOSFET de n canales que conduce la corriente al LED. El MOSFET "amortigua" la lógica antirrebote de la conducción del LED. La baja impedancia del LED no perturba el circuito antirrebote, y las altas impedancias del circuito antirrebote no le quitan corriente al LED.

Este efecto ocurre porque en estado estacionario un capacitor bloquea efectivamente cualquier corriente de voltajes DC. Esto se puede ver entendiendo la ecuación

i = C * (dV / dt)

En DC, el término diferencial es 0, por lo que la corriente es 0. Por lo tanto, la corriente a través del condensador será cero en estado estacionario.

Si da eso por sentado, debería ser bastante obvio por qué funciona este circuito. Si desea aún más detalles que eso, entonces este video probablemente hará un mejor trabajo al demostrar cómo funciona la física de un condensador para obtener el resultado anterior que lo que podría hacer mi descripción.

Un condensador puede, para muchos propósitos, considerarse como una batería recargable muy pequeña. Solo pasará corriente mientras se carga o descarga.

La mayoría de los LED requieren al menos 2 voltios para encenderse: para que su circuito funcione, la fuente de voltaje debe ser de al menos 3 voltios. Luego, puede ver que el LED continúa brillando durante una fracción de segundo después de abrir el interruptor, mientras se carga el condensador.

"When the capacitor is full, it doesn't transmit/conduct electricity"

Si. No es un cable, son (como el símbolo) dos placas paralelas muy juntas.