タッチスイッチ回路入門：シンプルな触覚センサーの作り方

触覚センサーの分野では、タッチスイッチ回路は最もシンプルなものの1つです。そのシンプルさにもかかわらず、これらの驚異的なテクノロジーはあらゆる場所にあります。例えば、タッチスクリーンはディスプレイの上に配置されたタッチスイッチのアレイに過ぎません。壁スイッチ、ランプ、公共のコンピューター端末など、他にも広範な用途があります。

この記事では、タッチスイッチ回路について必要なすべての情報を提供します。これが、電気または電子デバイスにモダンなタッチ機能を追加するために必要なすべてです。

タッチ回路イラスト

タッチスイッチ回路の仕組み

タッチスイッチ回路は、特別なセンサーを備えた通常のスイッチに過ぎません。この場合、センサーが直接接触による刺激の変化を検知すると、スイッチを閉じることで反応します。これにより電流が流れるようになります。使用されるセンサーの種類が、スイッチの内部動作を決定することがよくあります。最新のタッチスイッチを構成するタッチセンサーは以下のカテゴリーに分類されます：

静電容量式タッチスイッチ。 人体の静電容量を利用して電流流れをトリガーし、スイッチの開閉を制御します。
抵抗式タッチスイッチ。 - このタイプはタッチによる圧力で2つの導電性表面間の抵抗を低下させます。
圧電式タッチスイッチ。 - これらは多くの現代アプリケーションではあまり一般的ではありません。圧電セラミックの機械的結合の原理で動作します。絶縁体と導体の両方で動作しますが、製造コストが高くなります。

7種類のタッチスイッチ回路

タッチスイッチには多くの種類があり、それぞれがそれを利用するデバイスで重要な電子部品として機能します。一般的なタイプには以下が含まれます：

1. シンプルなタッチオン/オフスイッチ回路

この回路には、単一のMOSFETと単一のリレーのみが必要です。9V DC電源電圧からのわずかな電力で動作します。動作原理は、グランドとゲート端子に触れると装置がOFF状態になります。ゲートと電源がタッチにより接続されると、スイッチがON状態になります。

タッチスイッチ

2. 555タイマーを使用したタッチスイッチ回路

この比較的シンプルなオン/オフタッチスイッチ回路は、電圧2グループと多くの共通点があります。主な差別化要因は、内蔵タイマーICが含まれていることです。これらはNE555またはLM555です。この場合、タッチスイッチ回路には各状態用の2つのタッチパッドがあります。555ICのトリガーピンの高入力インピーダンスを利用して動作します。人体の誘導電圧がC1とR1で決定される時間上昇します。その後、トランジスタがリレーを駆動し、リレーが負荷を駆動します。

3. NANDゲートを使用したタッチトグルスイッチ回路

ここでは、デジタル4011ロジックゲートがタッチスイッチ回路のベースを形成します。ICの第2ピンは「HI」ロジックです。第2ピンに接続されたプレートに触れるとHIGHロジックになります。プレートに触れないときはLOWロジックです。ピン1の22オーム抵抗の導入により、回路がタッチに敏感になります。

4. タッチ作動スイッチ回路

このタイプは統合デジタル回路の一部であることが多いです。単一の金属プレートを使用し、典型的なオン/オフスイッチのように動作します。スイッチ回路はICを使用して指からの電気信号を取得します。それがデジタル信号となり、オフまたはオン状態の変化をトリガーします。

5. トランジスタを使用したシンプルなタッチスイッチ

これはオリジナルのシンプルなオン/オフタッチスイッチ回路の更新版です。スイッチ操作を制御するICが煩雑であることが判明した場合の代替品としてよく使用されます。シンプルなタッチスイッチはトランジスタのみを使用します。スイッチがリレーする必要があるとき、AとBの接点が接続されます。このリレーは、BとCの接点がタッチから刺激を受けると解除されます。

6. UJTを使用したタッチプレートスイッチ回路

名前が示す通り、UJT 2N3819をメインスイッチングコンポーネントとして使用します。スイッチが常に電力線の近くにないデバイスの一部である場合に有益です。金属1と2に触れるとスイッチがオンになります。金属2と3に触れるとリレーがトリガーされ、オフ状態になります。

7. SCRとシュミットトリガーを使用したタッチモーターコントローラー回路

他のタイプと比較すると、これはかなり複雑です。回路内の金属プレートに触れると、シュミットトリガー回路が発振器回路から信号を取得します。また、Q1-2N5088のベースにバイアス電流を押し出します。それがSCR1をトリガーし、12Vモーターを駆動します。

シンプルなタッチスイッチ回路の作り方

タッチスイッチ回路の構築は、過去ほど複雑ではありません。最近では、基本的な電子部品を高度なタッチスイッチや高価なマイクロコントローラーの代わりに使用できます。つまり、トランジスタや抵抗器などのコンポーネントでシンプルなタッチスイッチ回路を構築できます。

プロジェクトコンポーネント

まず、このプロジェクトに必要なコンポーネントは以下の通りです：

ブレッドボードまたは弊社のプリント基板（PCB）
9ボルト電源
接続ワイヤー
硬質銅線または金属ストリップ 2本
BC547 NPNトランジスタ
5mm LED
270オーム抵抗
100kオーム抵抗

回路を構築するには、以下の手順に従ってください：

1: BC547トランジスタをブレッドボードまたはPCBに接続します。

2: ジャンパーワイヤーを使用して、最初のトランジスタのベースピンを2番目のトランジスタのエミッタピンに接続します。

3: 2番目のトランジスタのコレクタピンとVCCピンの間に100kオーム抵抗を接続します。

4: 最初のトランジスタのコレクタピンに270オーム抵抗とLEDを接続します。

5: もう1本のジャンパーワイヤーを使用して、最初のトランジスタのエミッタピンをGNDに接続します。

6: 100kオーム抵抗と2番目のトランジスタのベースピンの間に金属ストリップを接続します。

シンプルなタッチスイッチ回路

これらすべてのステップを完了したら、回路が動作するか確認できます。回路に接続された金属ストリップに触れて、意図した通りに動作するかテストしてください。このシンプルなスイッチは幅広い用途を持つ可能性があります。例えば、迷走電圧や静電気蓄積の検出に使用できます。もう1つの一般的な用途は、通常のスイッチが適さない粉塵や湿気の多いエリアです。