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4.4: Contactar con “Rebote”

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    Cuando se acciona un interruptor y los contactos se tocan entre sí bajo la fuerza de accionamiento, se supone que deben establecer continuidad en un solo momento nítido. Desafortunadamente, sin embargo, los interruptores no logran exactamente este objetivo. Debido a la masa del contacto móvil y cualquier elasticidad inherente al mecanismo y/o materiales de contacto, los contactos “rebotarán” al cierre durante un período de milisegundos antes de llegar a un descanso completo y proporcionar un contacto ininterrumpido. En muchas aplicaciones, el rebote del interruptor no tiene ninguna consecuencia: poco importa si un interruptor que controla una lámpara incandescente “rebota” durante algunos ciclos cada vez que se acciona. Dado que el tiempo de calentamiento de la lámpara excede en gran medida el período de rebote, no se producirá ninguna irregularidad en el funcionamiento de la lámpara.

    Sin embargo, si el interruptor se usa para enviar una señal a un amplificador electrónico o a algún otro circuito con un tiempo de respuesta rápido, el rebote del contacto puede producir efectos muy notorios e indeseados:

    04283.png

    Una mirada más cercana a la pantalla del osciloscopio revela un conjunto bastante feo de marcas y roturas cuando el interruptor se acciona una sola vez:

    04284.png

    Si, por ejemplo, este interruptor se usa para proporcionar una señal de “reloj” a un circuito contador digital, de manera que cada accionamiento del interruptor pulsador se supone que incremente el contador en un valor de 1, lo que sucederá en cambio es que el contador se incrementará en varios recuentos cada vez que se accione el interruptor. Dado que los interruptores mecánicos a menudo interactúan con circuitos electrónicos digitales en los sistemas modernos, el rebote del contacto del interruptor es una consideración de diseño frecuente. De alguna manera, el “parloteo” producido por los contactos que rebotan debe eliminarse para que el circuito receptor vea una transición limpia y nítida de apagado/encendido:

    04285.png

    Los contactos del interruptor pueden ser debotados de varias maneras diferentes. El medio más directo es abordar el problema en su origen: el interruptor en sí. Aquí hay algunas sugerencias para diseñar mecanismos de conmutación para un rebote mínimo:

    • Reducir la energía cinética del contacto móvil. Esto reducirá la fuerza de impacto a medida que llega a descansar sobre el contacto estacionario, minimizando así el rebote.
    • Use “resortes amortiguadores” en los contactos estacionarios para que puedan retroceder libremente y absorber suavemente la fuerza del impacto del contacto móvil.
    • Diseñe el interruptor para “limpiar” o “deslizar” contacto en lugar de impacto directo. Los diseños de interruptores de “cuchillo” utilizan contactos deslizantes.
    • Humedezca el movimiento del mecanismo del interruptor utilizando un mecanismo de “amortiguador” de aire o aceite.
    • Use conjuntos de contactos en paralelo entre sí, cada uno ligeramente diferente en masa o brecha de contacto, de manera que cuando uno esté rebotando del contacto estacionario, al menos uno de los otros seguirá en contacto firme.
    • “Moje” los contactos con mercurio líquido en un ambiente sellado. Después de realizar el contacto inicial, la tensión superficial del mercurio mantendrá la continuidad del circuito aunque el contacto móvil pueda rebotar en el contacto estacionario varias veces.

    Cada una de estas sugerencias sacrifica algún aspecto del rendimiento del conmutador por un rebote limitado, por lo que no es práctico diseñar todos los interruptores con un rebote de contacto limitado en mente. Las alteraciones realizadas para reducir la energía cinética del contacto pueden resultar en un pequeño espacio de contacto abierto o un contacto de movimiento lento, lo que limita la cantidad de voltaje que el interruptor puede manejar y la cantidad de corriente que puede interrumpir. Los contactos deslizantes, aunque no rebotan, todavía producen “ruido” (corriente irregular causada por la resistencia de contacto irregular al moverse), y sufren más desgaste mecánico que los contactos normales.

    Los contactos múltiples y paralelos dan menos rebote, pero solo a mayor complejidad y costo del conmutador. El uso de mercurio para “humedecer” los contactos es un medio muy efectivo de mitigación de rebote, pero desafortunadamente se limita a cambiar contactos de baja ampacidad. Además, los contactos mojados con mercurio suelen estar limitados en la posición de montaje, ya que la gravedad puede hacer que los contactos se “puenteen” accidentalmente si se orientan de manera incorrecta.

    Si el rediseño del mecanismo del interruptor no es una opción, los contactos mecánicos del interruptor pueden ser desbotados externamente, usando otros componentes del circuito para acondicionar la señal. Un circuito de filtro de paso bajo conectado a la salida del interruptor, por ejemplo, reducirá las fluctuaciones de voltaje/corriente generadas por el rebote del contacto:

    04286.png

    Los contactos del interruptor pueden ser debotados electrónicamente, usando circuitos de transistores histeréticos (circuitos que se “enganchan” en un estado alto o bajo) con retardos de tiempo incorporados (llamados circuitos “one-shot”), o dos entradas controladas por un interruptor de doble tiro. Estos circuitos histeréticos, llamados multivibradores, son discutidos en detalle en un capítulo posterior.


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