2 Конструкции клавиш

В современных клавиатурах используется несколько типов клавиш. В большинстве клавиатур установлены механические переключатели, в которых происходит замыкание электрических контактов при нажатии клавиш. В некоторых клавиатурах высокого класса используются бесконтактные емкостные датчики. Ниже описываются разные типы пе­реключателей, и подробно рассматривается конструкция каждого из них.

Наиболее широко распространены контактные клавиатуры. Существуют следующие их разновидности:

- с механическими переключателями;

- с замыкающими накладками;

- с резиновыми колпачками;

- мембранные.

Механические переключатели

В чисто механических переключателях (Рисунок 2) происходит замыкание металлических контактов. В них для создания "осязательной" обратной связи зачастую устанавливается дополнительная конструкция из пружины и смягчающей пластинки. При этом вы ощущаете сопротивление клавиши и слышите щелчок.

Механические переключатели очень надежны, их контакты обычно самоочищающиеся. Они выдерживают до 20 миллионов срабатываний и стоят вторыми по долговечности после емкостных датчиков.

Клавиатуры с механическими переключателями, несмотря на свою долговечность и хорошую обратную связь, получили значительно меньшее распространение, чем мембранные клавиатуры. Механические переключатели используют только в некоторых до­рогостоящих моделях.

Рисунок 2 - Типичный механический переключатель. При нажатии клавиши происходит замыкание контактов.

Замыкающие накладки

Клавиши с замыкающими накладками широко применялись в старых клавиатурах. В них прокладка из пористого материала с приклеенной снизу фольгой соединяется с кнопкой клавиши (Рисунок 3).

При нажатии клавиши фольга замыкает печатные контакты на плате. Когда клавиша отпускается, пружина возвращает ее в исходное положение. При этом пористая прокладка смягчает удар, но клавиатура становится слишком "мягкой". Основной недостаток этой конструкции — отсутствие щелчка при нажатии (нет обратной связи), поэтому в системах с такой клавиатурой часто приходится программным образом выводить на встроенный динамик компьютера какие-либо звуки, свидетельствующие о наличии контакта.

Еще один недостаток такой конструкции состоит в том, что она весьма чувствительна к коррозии фольги и загрязнению контактов на печатной плате. Чистить такую клавиатуру гораздо проще, чем другие. Можно снять печатную плату и получить доступ сразу ко всем накладкам, не вынимая каждую клавишу в отдельности. После этого можно почистить накладки и саму плату. Из-за отмеченных выше недостатков клавиатуры этого типа сейчас практически не используются, им на смену пришли конструкции с резиновыми колпачками.

Рисунок 3 - Конструкция клавиши с замыкающей накладкой из фольги.

Резиновые колпачки

Клавиатура с резиновыми колпачками похожа на предыдущую конструкцию, но превосходит ее во многих отношениях. Вместо пружины в ней используется резиновый колпачок с замыкающей вставкой из той же резины, но с угольным наполнителем. При нажатии клавиши шток надавливает на резиновый колпачок, деформируя его. Деформация колпачка сначала происходит упруго, а затем он "проваливается". При этом угольный наполнитель замыкает проводники на печатной плате. При отпускании резиновый колпачок принимает первоначальную форму и возвращает клавишу в исходное состояние.

Замыкающие вставки делаются из очищенного угля, потому они не подвержены коррозии и сами по себе очищают металлические контакты, к которым прижимаются. Колпачки обычно прессуются все вместе в виде листов резины, покрывающих плату целиком и защищающих ее от пыли, грязи и влаги.

Мембранная клавиатура

Эта клавиатура является разновидностью предыдущей, но в ней нет отдельных клавиш: вместо них используется лист с разметкой, который укладывается на пластину с резиновыми колпачками. При этом ход каждой клавиши ограничен, и такая клавиатура не годится для обычной печати. Но, поскольку рассматриваемая клавиатура состоит фактически из трех пластин и минимума других деталей, она может оказаться незаменимой в экстремальных условиях. Мембранные клавиатуры часто используются в пультах управления (станками, агрегатами и т.п.), т.е. там, где необходимо вводить большие объемы данных.

Тем не менее, в настоящее время мембранные клавиатуры уже практически не используются в промышленности. В течение последних лет мембранные переключатели со стандартными колпачками клавиш полностью заменили переключатели с резиновыми колпачками. Несмотря на то, что срок жизни дешевых мембранных переключателей ограничен 5-10 миллионами нажатий, лучшие модели выдерживают до 20 миллионов нажатий, что доказывает надежность переключателей такого типа (Рисунок 4).

Достоинство мембранных клавиатур - более надежный и жесткий контакт, чем клавиатур с резиновыми колпачками или устаревшие клавиатуры с замыкающими накладками, но по чувствительности уступают механическим или емкостным переключателям.

Рисунок 4 - Типичный мембранный переключатель, используемый в клавиатурах.

Емкостные датчики

Это единственные бесконтактные переключатели, получившие широкое распространение (Рисунок 5). Клавиатуры с такими датчиками дороже резиновых, но более устойчивы к загрязнению и коррозии. Для обеспечения обратной связи в этих клавиатурах используются цилиндрические (винтовые) пружины.

Рисунок 5 - Клавиша с емкостным датчиком

В емкостных датчиках нет замыкающих контактов. Их роль выполняют две смещающиеся относительно друг друга пластинки и специальная схема, реагирующая на изменение емкости между ними. Клавиатура представляет собой набор таких датчиков.

При нажатии клавиши шток смещает верхнюю пластину ближе к неподвижной нижней. Клавиши сконструированы так, что переход между пластинами происходит скачкообразно и при этом слышен щелчок. Когда верхняя пластина приближается к нижней, емкость между ними увеличивается, что регистрируется схемой компаратора, установленной в клавиатуре.

Из-за отсутствия электрических контактов такая клавиатура устойчива к коррозии и загрязнению. В ней практически отсутствует "дребезжание" (явление, когда при одном нажатии на клавишу символ вводится несколько раз подряд). Долговечность ее — до 25 миллионов нажатий, в отличие от 10-12 миллионов для клавиатур других типов.