開關(guān)是電子設(shè)備不可或缺的一部分。幾乎每個電子設(shè)備中都有一個開關(guān)，有時甚至有好幾個。這是因為設(shè)備在使用時往往存在多種工作模式。最明顯的模式普是接通或斷開，但往往有一些設(shè)置可以調(diào)整。汽車車窗由可以升降車窗的瞬動開關(guān)控制。游戲機使用開關(guān)來控制游戲。在電子行業(yè)，開關(guān)的應(yīng)用數(shù)不勝數(shù)。當(dāng)前市場中存在多種不同類型的開關(guān)，選擇開關(guān)時通常需要考慮多個注意事項。需要提出的一些問題包括：需要多少刀和多少擲；開關(guān)需要保持功能還是瞬時功能；有哪些電氣考慮因素，例如最大額定電流和額定電壓等？希望本文能夠?qū)δ私忾_關(guān)世界有所啟發(fā)。
在介紹每種開關(guān)類型之前，我們最好先來了解一下每種開關(guān)中存在的不同電路。有兩個術(shù)語可用于描述開關(guān)中的電路。它們就是“刀”和“擲”。“刀”指的是開關(guān)中存在的電路數(shù)量。單刀開關(guān)一次只有一個活動電路。術(shù)語“擲”指的是刀可以連接到的位數(shù)。圖 1 展示了單刀單擲開關(guān) (SPST) 的電路圖。
圖 1：SPST 電路圖。
SPST 開關(guān)只有一個刀；使用此配置只有一個可能的電路。要么是開路，要么是閉路。 單刀開關(guān)可能為常開型或常閉型。閉合時，電流可以流過開關(guān)；打開時，電流無法流過開關(guān)。現(xiàn)在想像一下，在給定的時間，電流只有一條流動通路，但有兩個目標選擇。這就是單刀雙擲 (SPDT) 開關(guān)。圖 2 展示了這一情景。
圖 2：SPDT 電路圖。
使用這類邏輯可以輕松理解開關(guān)的概念。另一個與 SPDT 相似的實例是雙刀雙擲 (DPDT) 開關(guān)。它看起來與圖 2 相似，但有兩個刀而不是一個刀。圖 3 展示了 DPDT 的電路。
圖 3：DPDT 電路圖。
關(guān)于開關(guān)需要記住的一點是，幾種不同的電路可以實現(xiàn)相似的結(jié)果。不帶瞬時功能的簡單開關(guān)便是一個例子。此開關(guān)可使用 SPST 或 SPDT 來實現(xiàn)。以 CW Industries 的 GRS-2011-2019 為例。此器件的底部有兩個端子，等同于 SPST 開關(guān)。當(dāng)開關(guān)處在一個位置時，兩個端子相互連接，電流可以流過。當(dāng)開關(guān)處在另一個位置時，開關(guān)未連接，電流無法流過。如果使用 SPDT（例如 GRS-2013A-2000）而不是 SPST，也能實現(xiàn)相同的效果。它所涉及的不過是使用兩個端子，并將其中一個保持開路狀態(tài)。這在需要常開型或常閉型 SPST 開關(guān)時非常方便。一個 SPDT 就可同時滿足這兩種需求。回頭再看一下 SPDT，了解該開關(guān)的功能也很重要。SPDT 的致動器可以有兩個或三個位置。為說明這一點，考慮一個 ON-OFF-ON 類型的開關(guān)。這在電機應(yīng)用中很常見，其中的電機可以在一個方向轉(zhuǎn)動，停止，然后在另一個方向轉(zhuǎn)動。SPDT 可以做到這一點，但并非所有 SPDT 開關(guān)都能如此。GRS-2013A-2000 是一種 ON-OFF-ON 開關(guān)，因此它能實現(xiàn)該操作。C&K 的 D508J12S205QA 則做不到這一點；它是一個 ON-MOM 開關(guān)。這表示，開關(guān)通常處于 ON 位置，并且可以瞬時關(guān)斷。其可能的應(yīng)用之一是雜貨店內(nèi)的結(jié)賬隊列傳送帶。只需將電線向后勾起，傳送帶上的電機在致動器被按下之前將不會運轉(zhuǎn)。致動器被按下時，開關(guān)內(nèi)部將會出現(xiàn)瞬時接觸，電流可以流過。松開致動器后，開關(guān)將返回到常閉位置，電流隨即停止流動。
選擇開關(guān)時需要記住的另一個要點是電氣特性。如果電路需要 50 安，則不能使用額定電流為 10 安的開關(guān)。任何時候都要特別注意開關(guān)的額定電壓和額定電流。甚至交流電壓和電流與直流電壓和電流之間也存在區(qū)別。制造商通常會同時提供兩種額定值，但也不盡然。在評估開關(guān)的額定電壓時，請注意制造商標注的電壓類型。如果額定值為 125 VAC，則標注的是交流電壓。如果額定值為 125 V，則標注的是直流電壓。這一術(shù)語將會標注在產(chǎn)品的規(guī)格書或圖紙上。在 Digi-Key 網(wǎng)站還可以做進一步的區(qū)分。E-Switch 的產(chǎn)品 PS1024ARED 具有交流額定值；但 Digi-Key 在線顯示的是 125 V。這是因為該額定值列描述的是“額定電壓 – AC”。圖 4 展示了 Digi-Key 網(wǎng)站上的這一內(nèi)容，圖 5 則展示了 PS1024ARED 的額定值。
圖 4：PS1024ARED 的產(chǎn)品屬性。
圖 5：PS1024A 的電氣規(guī)格圖。
有一點在 Digi-Key 網(wǎng)站上不太明顯，但在圖紙注釋中很容易看出，即此開關(guān)有多個不同的額定值。第一個額定值是 3 A @ 125 VAC，第二個額定值是 1.5 A @ 250 VAC。同一開關(guān)為什么會有兩個額定值呢？這是因為功率同時取決于電壓和電流。這兩個額定值的額定功率相同。如果將以下數(shù)字代入功率計算等式，將會得出相同的數(shù)字。
開關(guān)通常只有一個交流額定值，而沒有直流額定值。確定交流開關(guān)的直流額定值可以使用一條經(jīng)驗法則。即，保留開關(guān)的最大額定電流（不論其為多少）不變，并將直流電壓設(shè)為 30 伏。PS1024A 有兩個額定值，3 A @ 125 VAC 和 1.5 A @ 250 VAC。依據(jù)此法則，開關(guān)可在不超過 30 VDC 的電壓下承載 3 A 的額定電流。這是取自 Carling Technologies 的一條通用規(guī)則，被稱為“直流經(jīng)驗法則”。開關(guān)往往還有一個額定馬力。這是因為電感負載可能具有極高的涌流。額定馬力適用于在交流電機中使用的開關(guān)。這并不表示這些開關(guān)不能在其他設(shè)備中使用，只不過這是在開關(guān)上標注該額定值的原因。
按鈕開關(guān)
按鈕開關(guān)是開關(guān)類型之一。這類開關(guān)有一個致動器。在不太正式的措辭中，致動器也被稱為按鈕。這類開關(guān)通常采用面板安裝或貼裝在電路板上。圖 6 展示了 NKK Switches 的 KB16CKW01-5F-JF。
圖 6：KB16CKW01-5F-JF。
關(guān)于 KB16CKW01-5F-JF，很有意思的一點是，它有多少個端子。這是一個 SPDT 開關(guān)，通常只有 3 個端子，但該器件有 5 個端子。因為它是發(fā)光開關(guān)。許多開關(guān)是發(fā)光開關(guān)，并具有標稱的發(fā)光電壓。此開關(guān)具有 2.1 VDC 發(fā)光電壓。說明文檔中注明，2 號端子為公共端子，LED 將由端子 L (+) 和 L (-) 供電（如圖 7 所示）。
圖 7：KB16CKW01-5F-JF 的說明文檔。
在每個開關(guān)的產(chǎn)品頁底部通常還會提供其配件列表。在 Digi-Key 網(wǎng)站上，KB16CKW01-5F-JF 的產(chǎn)品頁底部顯示了該開關(guān)附帶的四個配件。
| 保護罩AT494第D34 頁取蓋工具AT109第D34 頁LEDAT635F第D28 頁套管安裝套筒扳手AT108第D34 頁 |
在 Digi-Key 網(wǎng)站的 KB16CKW01-5F-JF 頁面底部，或通過該系列規(guī)格書上的說明文檔，可以找到這些配件。制造商通常會開發(fā)完整系列的開關(guān)。這是一組歸到一起的專有產(chǎn)品。KB16CKW01-5F-JF 專門設(shè)計成采用說明文檔中標注的特定配件。保護罩配件位于系列規(guī)格書的第 D34 頁。圖 8 展示了該保護罩及其可訂購零件編號 AT494。
圖 8：KB16CKW01-5F-JF 的說明文檔。
通常開關(guān)制造商會將整個系列集中在一份規(guī)格書中，因為一個零件與另一個零件之間的一些更改可能非常瑣碎。不同的零件編號之間往往只有顏色的變化。LED 配件 AT635F 便是一個很好的例子。在說明文檔中，僅列出編號 AT635 一個選項。之前提到的產(chǎn)品包含后綴“F”。圖 9 顯示的訂購方案將“F”后綴標注為綠色 LED。訂購方案的左側(cè)是基本 LED 編號 AT635。中間列提供了紅色、琥珀色和綠色選項。標記“綠色”的方框下面顯示“5F”。這表示，編號 AT635F 對應(yīng)的 LED 將為綠色。
圖 9：KB16CKW01-5F-JF 的說明文檔。
觸摸開關(guān)
觸摸開關(guān)與按鈕開關(guān)非常相似，但它們通常尺寸小得多。想象一個帶有重置開關(guān)的個人家用路由器。此開關(guān)通常位于塑料中的凹陷位置，以免被意外按下。按下這類開關(guān)往往需要使用回形針或牙簽。這類開關(guān)往往是觸摸開關(guān)或瞬動開關(guān)，而且通常不會用作“通-斷”型開關(guān)。它們通常用于實現(xiàn)重置、計數(shù)、停止或任何該性質(zhì)的功能。它們的額定電壓和額定電流往往很低。APEM Inc. 的 MJTP1230 便是一個觸摸開關(guān)實例。此開關(guān)為 SPST-NO 開關(guān)，即單刀單擲常開型電路。這表示，在按下致動器之前，電流無法流過此開關(guān)。松開致動器后，開關(guān)將會自動恢復(fù)開路狀態(tài)，電流便無法流過。圖 10 展示的是 MJTP1230。
圖 10：MJTP1230。
此開關(guān)有四個腳。觸摸開關(guān)往往就是這種情況。這不是因為其中有兩個可以連接的不同電路，而是因為增加兩個額外的腳可以增加開關(guān)在焊接到電路板時獲得的物理支撐。一側(cè)的兩個腳不論開關(guān)位置如何，都會永久相連。開關(guān)的另一側(cè)將遵循相同的規(guī)則，兩個腳始終相連。按下致動器后，開關(guān)的兩半之間連通。就電路而言，此開關(guān)將遵循圖 1 所示的電路圖。
DIP 開關(guān)
DIP 開關(guān)就是采用“雙列直插式封裝”的開關(guān)。這些開關(guān)設(shè)計為可以裝入試驗板，并且是小型 SPST 開關(guān)的聚合體。此類開關(guān)的應(yīng)用示例之一是舞臺照明中的 DMX 控制。每個燈具都會分配一個地址。在現(xiàn)代的 DMX 控制燈中，通過微控制器，只需上下調(diào)整顯示屏上的數(shù)字，便可對此進行編程。在舊式 DMX 控制燈中，會有一個 DIP 開關(guān)，通過更改此開關(guān)可以為該燈具提供正確的二進制地址。這類開關(guān)通常采用表面貼裝或通孔安裝，但也有面板安裝選項。圖 11 展示了 CTS Electrocomponents 的一款 DIP 開關(guān) 208-4。
圖 11：208-4。
搖臂開關(guān)
搖臂開關(guān)在市場中也很受歡迎。這類開關(guān)具有可從每個位置往返搖動的凹形致動器。許多消費電子設(shè)備的 ON/OFF 開關(guān)采用的便是搖臂開關(guān)。它們通常采用面板安裝，也可以直接安裝到電路板上。圖 12 展示了 ZF Electronics 的 CRE22F2BBRLE。
圖 12：CRE22F2BBRLE。
此開關(guān)為 SPST 開關(guān)，因此它只能開啟或關(guān)閉。由于它是發(fā)光開關(guān)，因此有一個中間端子。帶發(fā)光功能的 SPST 開關(guān)通常有三個端子。外部端子負責(zé)讓電流從源端流到地端。中間的端子用于指示燈。開關(guān)處于開路狀態(tài)時，電流無法流過指示燈。開關(guān)閉合后，電流將從源端流經(jīng)指示燈，然后流到地端。
搖臂開關(guān)需要注意的另一個要點是，端子的實際物理尺寸。這類開關(guān)通常采用面板安裝，因此它們往往使用分立電線和快連式端子進行端接。CRE22F2BBRLE 具有 0.25 英寸寬的端子。在 Digi-Key 網(wǎng)站上，這一點標注在產(chǎn)品屬性“端接類型”下面。常見的端子尺寸包括 0.110 英寸、0.187 英寸和 0.250 英寸。在 Digi-Key 網(wǎng)站的“端子 - 快速連接，快速斷開連接器”頁面中可以找到這類快速連接器件。
快動限位開關(guān)
在制造業(yè)，可能需要使用開關(guān)來對物件計數(shù)。想象在一條生產(chǎn)線上，需要對經(jīng)過某一點的產(chǎn)品數(shù)量進行計數(shù)。該產(chǎn)品可能具有一定的重量，可以致動開關(guān)。此應(yīng)用可能要求開關(guān)僅稍稍移動，從而完成對物件的計數(shù)。Omron 的 D2VW-5L2-1HS 便是可用于實現(xiàn)此類功能的快動限位開關(guān)的實例。圖 14 展示了 D2V2-5L2-1HS 如何使用一個加長臂執(zhí)行這一過程。
圖 13：D2VW-5L2-1HS。
有些快動限位開關(guān)采用類似 ON/OFF 開關(guān)的保持電路；但大部分則為瞬時保持。最常見的莫過于 SPST-NO 或 SPST-NC 快動限位開關(guān)。稍早提過的一個實用技巧是，使用 SPDT 電路取代常開型或常閉型 SPST。它的實用性體現(xiàn)在，不論應(yīng)用需要常開型還是常閉型開關(guān)，它都能勝任。
快動限位開關(guān)最常見的配件是致動器臂。致動器臂上通常會有滾子，有時直接用一根扁條，并且存在多種不同的配置類型。圖 15 展示了適用于 D2VW 系列的幾種致動器樣式。
圖 14：致動器樣式。
撥動開關(guān)
撥動開關(guān)是另一種常見的開關(guān)樣式。這類開關(guān)通常采用與搖臂開關(guān)相似的面板安裝形式。它們可以用于實現(xiàn)瞬時功能，但通常用于保持功能。用于面板安裝用途時，它們的致動器通常看起來像一根棒球棒或一個螺紋襯套。圖 16 展示了 E-Switch 的 200MSP3T1B1M2QEH。
圖 15：200MSP3T1B1M2QEH。
撥動開關(guān)的常見配件包括用于安裝的鎖緊墊圈和六角螺母。通常可以在 Digi-Key 網(wǎng)站產(chǎn)品頁面底部的“相關(guān)產(chǎn)品”區(qū)域找到這些配件。如圖 17 所示，200MSP3T1B1M2QEH 的產(chǎn)品頁面中列出了這兩種配件。
圖 16：相關(guān)的鎖緊墊圈和六角螺母。
撥動開關(guān)的其他常見配件包括安全罩和護套。圖 18 和 19 分別展示了這兩種配件。圖中安全罩是用于 CW Industries GTS447A101HR 的配件，護套則是用于 NKK Switches M2012SS1W01 的配件。
圖 17：用于 GTS447A101HR 的安全罩。
圖 18：用于 M2012SS1W01 的護套。
旋轉(zhuǎn)開關(guān)
許多情況下需要能夠在多種工作模式間做出選擇的開關(guān)。這類應(yīng)用有時需要旋轉(zhuǎn)開關(guān)。這些開關(guān)具有一到多個刀，但通常有很多擲。Electroswitch 的 C7D0124N-C 便是一個旋轉(zhuǎn)開關(guān)實例。這是一個 SP24T 開關(guān)。這意味著電流有 24 種不同的流動通路選擇，但一次只能流經(jīng)一個通路。旋轉(zhuǎn)開關(guān)的通用配件包括旋鈕、刻度盤、鎖緊墊圈和六角螺母。與前述產(chǎn)品一樣，通常可以在 Digi-Key 網(wǎng)站的“相關(guān)產(chǎn)品”選項卡中找到這些配件。圖 20 展示了 C7D0124N-C。
圖 19：C7D0124N-C。
旋轉(zhuǎn)開關(guān)還有另一種區(qū)分方法，即是“先合后開”還是“先開后合”。另一種可用于描述這一特征的術(shù)語是“短接”或“非短接”。術(shù)語“短接”指的是“先合后開”。這表示當(dāng)開關(guān)從一個位置移到另一個位置時，一直沒有斷開電路。開關(guān)會短時保持兩個活動電路，直至其完全移到所需的位置。CTS Electrocomponents 的 212T0111S332RA 便是一個“先合后開”旋轉(zhuǎn)開關(guān)實例。相反的是“非短接”或“先開后合”。這表示，第一個電路在開關(guān)到達新電路的位置之前將保持完全斷開的狀態(tài)。E-Switch 的 KC52A30.001NPS 便是一個“先開后合”旋轉(zhuǎn)開關(guān)的實例。
鑰匙鎖開關(guān)
鑰匙鎖開關(guān)是一種很常見的開關(guān)形式。汽車點火器便是一個 OFF-ON-MOMENTARY（關(guān)-開-瞬時）開關(guān)實例。將鑰匙插入汽車點火器后，開關(guān)處于 ON 位置，但在汽車起動之前，開關(guān)在 ON 位置不會執(zhí)行任何操作。MOMENTARY 位置用于起動汽車，然后鑰匙將會返回到 ON 位置。要關(guān)閉汽車電路，必須將鑰匙轉(zhuǎn)到 OFF 位置。圖 21 中 Honeywell Sensing and Productivity Solutions 的 84829-07 便是一個鑰匙鎖開關(guān)實例。
圖 20：84829-07。
總結(jié)
當(dāng)前的市面上有很多種不同的開關(guān)。它們的最終目的只有一個，即連接電路。其中分為保持功能和瞬時功能。具有保持功能的開關(guān)會在被手動移動之前會保持在自己的位置。相反，即具有瞬時功能的開關(guān)會在啟動后自動恢復(fù)到自己的默認狀態(tài)。具體應(yīng)用會縮小所需開關(guān)類型的范圍。開關(guān)電路以及允許的最大電流和電壓等物理參數(shù)，將成為選擇開關(guān)時最重要的決定因素。開關(guān)樣式可以互換；電路使用撥動開關(guān)與使用搖臂開關(guān)完全可以獲得相同的結(jié)果。開關(guān)樣式很大程度上取決于工程師的個人偏好，以及放置開關(guān)的環(huán)境。
