開關(guān)在我們?nèi)粘Ｉ钪兴究找姂T，其種類繁多，無處不在。開關(guān)有無數(shù)種形式，從微小的按鈕到巨大的控制器，功能多種多樣。這種多樣性受到機(jī)械或電氣操作、手動或電子控制等因素的影響，通?？梢詺w結(jié)為個人在美學(xué)和用戶界面方面的偏好。

電子開關(guān)采用 BJT、MOSFET、IGBT 等技術(shù)和其他半導(dǎo)體設(shè)計，由于成本不斷降低、功能不斷擴(kuò)展，因此受到越來越多的關(guān)注，但機(jī)械操作式開關(guān)仍然是最常用的開關(guān)解決方案。本文將深入探討開關(guān)基礎(chǔ)知識，尤其是物理操作和致動模型，以了解開關(guān)外形與功能之間的關(guān)聯(lián)。

01開關(guān)基礎(chǔ)知識

選擇任何開關(guān)之前，都必須掌握刀數(shù)和擲數(shù)的概念。簡單地說，刀數(shù)表示單次開關(guān)可控制的電路數(shù)，而擲數(shù)則表示開關(guān)可選擇的觸點(diǎn)數(shù)。通過直觀的視覺呈現(xiàn)，可以最有效地理解這一概念。

圖 1：SPST 開關(guān)示意圖。（圖片來源：CUI Devices）

單刀單擲開關(guān) (SPST) 可以控制一個單獨(dú)的電路，只需打開和閉合一個觸點(diǎn)即可。現(xiàn)在，我們將其與單刀雙擲開關(guān) (SPDT) 進(jìn)行對比。

圖 2：SPDT 開關(guān)示意圖。（圖片來源：CUI Devices）

在 SPDT 開關(guān)中，仍有一個單獨(dú)的電路受控制，但開關(guān)可以在兩個不同的觸點(diǎn)之間轉(zhuǎn)換。在SPDT 中，開關(guān)的作用并不僅僅局限于打開和閉合電路，而是電路本身的重新定向。

圖 3：DPDT 開關(guān)示意圖。（圖片來源：CUI Devices）

對于雙刀雙擲 (DPDT) 開關(guān)，單次開關(guān)可控制兩個電路，其中每次開關(guān)在兩個觸點(diǎn)之間切換。雖然SPST、SPDT、DPST 和 DPDT 是最常見的開關(guān)配置，但理論上對開關(guān)的刀數(shù)和擲數(shù)并無限制。如果有兩個以上的刀或擲，則用數(shù)字標(biāo)簽代替“S”或“D”。例如，制造商可能會將四刀五擲開關(guān)標(biāo)為 4P5T 開關(guān)。同樣，雙刀六擲開關(guān)可以表示為 DP6T。

02開關(guān)選型注意事項

在選型過程中，除了刀數(shù)和擲數(shù)外，還需要考慮一些其他開關(guān)規(guī)格。下面列出了一些比較常見的特性，但并不詳盡。

尺寸：

如前所述，開關(guān)有多種形狀和尺寸。從比米粒還小的開關(guān)到大到無法用手移動的開關(guān)，其尺寸通常取決于預(yù)期的應(yīng)用場所。在需要戴手套或微調(diào)困難的工業(yè)環(huán)境中，通常需要使用較大的開關(guān)，而緊湊型嵌入式設(shè)備通常需要盡可能小的開關(guān)。

默認(rèn)狀態(tài)：

大多數(shù)開關(guān)都沒有預(yù)定狀態(tài)，但有些瞬動開關(guān)通常會呈現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)，即常開 (NO) 或常閉 (NC)。

位數(shù)：

該參數(shù)決定了單個設(shè)備中開關(guān)的數(shù)量。在某些情況下，這一概念可能會與“擲數(shù)”錯誤地混淆，但關(guān)鍵是要認(rèn)識到，位數(shù)是指同一裝置中的不同開關(guān)，每個開關(guān)都能獨(dú)立致動。

安裝：

與其他電子元器件一樣，開關(guān)也有多種安裝配置。表面貼裝和通孔開關(guān)通常為 PCB 上較小的開關(guān)，而面板安裝和 DIN 導(dǎo)軌安裝式開關(guān)往往較大。表面貼裝和通孔安裝的一個關(guān)鍵考慮因素是“間距”參數(shù)，即引線之間的間隔距離。對于通孔開關(guān)，間距特別重要，因為間距適當(dāng)?shù)脑?，可以配合試驗板使用?/p>

圖 4：在試驗板上使用通孔開關(guān)。（圖片來源：CUI Devices）

致動：除了手動和電子致動外，開關(guān)還提供各種致動方法。包括用手或小型螺絲刀或工具致動。然而，最常見的是選擇凸起或平坦的致動器平面。

額定電流和電壓：開關(guān)的額定電壓和電流范圍很廣，從幾伏和幾安到幾百甚至幾千伏和安。必須始終驗證開關(guān)是否能滿足指定應(yīng)用的預(yù)期額定電流和電壓。

環(huán)境因素：這通常是指用于表示開關(guān)防塵和防液體等級的侵入防護(hù)或 IP 等級。但有些開關(guān)可能具有更高的振動靈敏度或防破壞功能。

03機(jī)械開關(guān)的類型

機(jī)械開關(guān)的類型

下面提供的是機(jī)械操作和致動的開關(guān)類型，通常在較小、便攜式或嵌入式系統(tǒng)中使用，但也并非完全如此。

DIP 開關(guān)：

DIP開關(guān)可采用通孔或表面貼裝封裝，最常見的是 SPST 開關(guān)陣列。它們與試驗板和成品完美配合，能夠成為半永久選擇。這類開關(guān)有琴鍵式、滑動式和旋轉(zhuǎn)式，用于在設(shè)備中進(jìn)行選項設(shè)置，尤其是在工業(yè)應(yīng)用和開發(fā)套件中。DIP 開關(guān)比跳線提供的選項更多，而且方便用戶使用，但不適合頻繁調(diào)整。

圖 5：DIP 開關(guān)示例圖。（圖片來源：CUI Devices）

旋轉(zhuǎn)式 DIP 開關(guān)：

這類開關(guān)是 DIP 開關(guān)的一個子集，采用旋轉(zhuǎn)形式，用于選擇不同的選項（通常為 4 到 16 位），配有平面或凸起旋鈕。與線性 DIP 開關(guān)一樣，這類也有通孔或表面貼裝兩種選擇。不過，與線性 DIP 開關(guān)不同，它們可采用 BCD 或十六進(jìn)制輸出。雖然結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便，但只能提供單一輸出，并不適合連續(xù)使用。

滑動式開關(guān)：

滑動式開關(guān)通常被視作電源開關(guān)，通過滑動致動器來操作。這類開關(guān)通常屬于 SPST，可以頻繁使用。有些開關(guān)有多個刀或擲，要想精確定位可能頗具挑戰(zhàn)性。雖然這類開關(guān)的容量比 DIP 開關(guān)大，但功率仍然很低，通常以表面貼裝或通孔方式安裝在 PCB 上。有時，它們還可用作消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的 DIP 開關(guān)，更方便使用。不過，如何在方便使用和避免意外致動之間取得平衡是個難題。

觸摸開關(guān)：觸摸開關(guān)為人熟知的特點(diǎn)是有明顯的“咔噠聲”，設(shè)計為小型瞬動按鈕，適合低電壓、低電流信號。這類開關(guān)雖電子功能一般，但堅固耐用，使用壽命長達(dá)數(shù)十萬甚至數(shù)千萬次。雖然通常為單刀類型，但也可以具有多擲和高 IP 等級。游戲控制器、遙控器、車庫門等消費(fèi)類電子產(chǎn)品以及各種工業(yè)應(yīng)用都廣泛使用了這類開關(guān)，充分表明它們因小巧耐用而廣受歡迎。

搖臂開關(guān)：

搖臂開關(guān)中間轉(zhuǎn)動，在兩個選項之間切換，一般不是瞬動開關(guān)。這類開關(guān)通常用作高壓電路的電源開關(guān)，有些還帶有 LED 或白熾燈泡照明，用于指示開關(guān)狀態(tài)。它們的 IP 防護(hù)等級高，適用于惡劣環(huán)境。盡管因尺寸和功能導(dǎo)致成本略高，但其簡單的接口和致動方式使其在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中大受歡迎。在工業(yè)環(huán)境中，它們可以作為撥動開關(guān)的補(bǔ)充，可能會設(shè)有外蓋以防意外致動。

按鈕開關(guān)：

按鈕開關(guān)通常稱為按鈕或按鍵，具有簡單的進(jìn)出致動功能。這類開關(guān)可以是瞬動開關(guān)，形狀各異，通常集成了 LED，用于照明或指示開關(guān)狀態(tài)?？商幚砀鞣N電壓和電流，通常安裝在印刷電路板或面板上。它們方便用戶使用，適合經(jīng)常有人的公共區(qū)域。按鈕堅固耐用，防破壞且 IP 防護(hù)等級高，適用于電梯或地鐵等惡劣環(huán)境。但與更簡單、更小的按鈕開關(guān)型號相比，這類開關(guān)的尺寸、LED 選項和材料可能會導(dǎo)致成本增加。

撥動開關(guān)：

撥動開關(guān)因其操作桿加長而為人熟知，適合戴手套或電機(jī)微調(diào)控制受限的場合。突出的控制桿能更清楚地給出目視反饋，無需額外的 LED 指示燈，其動作幅度較大，可確保切換準(zhǔn)確無誤。這類開關(guān)有不同的刀數(shù)和擲數(shù)，但通常較少配置為瞬動開關(guān)。撥動開關(guān)因易于致動、反饋快速和安全集成而備受推崇，非常適合工業(yè)或科學(xué)應(yīng)用。由于它們在飛機(jī)、控制儀器和醫(yī)療設(shè)備中是任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用，因此成本往往更高。

總結(jié)

開關(guān)是在電子和電氣系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基本元器件。本文全面概述了開關(guān)的主要方面，包括其類型、操作、應(yīng)用和注意事項。無論是設(shè)計消費(fèi)類電子設(shè)備還是從事復(fù)雜的工業(yè)項目，選擇合適的開關(guān)都會對系統(tǒng)的功能性和可靠性產(chǎn)生重大影響。CUI Devices 擁有一系列開關(guān)解決方案，可隨時滿足各種開關(guān)需求。

小編的話

作為控制電路通斷的關(guān)鍵組件，開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)對電流的開啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)。由于開關(guān)的種類繁多，其選擇和使用對于電子和電氣系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性和安全性具有重要影響。因此，正如文中所言，在設(shè)計和應(yīng)用電子和電氣系統(tǒng)時，只有充分考慮開關(guān)的作用并選擇合適的開關(guān)類型，才能確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和可靠性。您對開關(guān)的類型和選用有哪些問題和經(jīng)驗？歡迎留言，分享交流！

審核編輯：湯梓紅