開(kāi)關(guān)在我們?nèi)粘Ｉ钪兴究找?jiàn)慣，其種類(lèi)繁多，無(wú)處不在。開(kāi)關(guān)有無(wú)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(dòng)或電子控制等因素的影響，通常可以歸結(jié)為個(gè)人在美學(xué)和用戶(hù)界面方面的偏好。

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

01開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)

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

圖 1：SPST 開(kāi)關(guān)示意圖。（圖片來(lái)源：CUI Devices）

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

圖 2：SPDT 開(kāi)關(guān)示意圖。（圖片來(lái)源：CUI Devices）

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

圖 3：DPDT 開(kāi)關(guān)示意圖。（圖片來(lái)源：CUI Devices）

對(duì)于雙刀雙擲 (DPDT) 開(kāi)關(guān)，單次開(kāi)關(guān)可控制兩個(gè)電路，其中每次開(kāi)關(guān)在兩個(gè)觸點(diǎn)之間切換。雖然SPST、SPDT、DPST 和 DPDT 是最常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)配置，但理論上對(duì)開(kāi)關(guān)的刀數(shù)和擲數(shù)并無(wú)限制。如果有兩個(gè)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(huì)將四刀五擲開(kāi)關(guān)標(biāo)為 4P5T 開(kāi)關(guān)。同樣，雙刀六擲開(kāi)關(guān)可以表示為 DP6T。

02開(kāi)關(guān)選型注意事項(xiàng)

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

尺寸：

如前所述，開(kāi)關(guān)有多種形狀和尺寸。從比米粒還小的開(kāi)關(guān)到大到無(wú)法用手移動(dòng)的開(kāi)關(guān)，其尺寸通常取決于預(yù)期的應(yīng)用場(chǎng)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(kāi)關(guān)，而緊湊型嵌入式設(shè)備通常需要盡可能小的開(kāi)關(guān)。

默認(rèn)狀態(tài)：

大多數(shù)開(kāi)關(guān)都沒(méi)有預(yù)定狀態(tài)，但有些瞬動(dòng)開(kāi)關(guān)通常會(huì)呈現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)，即常開(kāi) (NO) 或常閉 (NC)。

位數(shù)：

該參數(shù)決定了單個(gè)設(shè)備中開(kāi)關(guān)的數(shù)量。在某些情況下，這一概念可能會(huì)與“擲數(shù)”錯(cuò)誤地混淆，但關(guān)鍵是要認(rèn)識(shí)到，位數(shù)是指同一裝置中的不同開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)都能獨(dú)立致動(dòng)。

安裝：

與其他電子元器件一樣，開(kāi)關(guān)也有多種安裝配置。表面貼裝和通孔開(kāi)關(guān)通常為 PCB 上較小的開(kāi)關(guān)，而面板安裝和 DIN 導(dǎo)軌安裝式開(kāi)關(guān)往往較大。表面貼裝和通孔安裝的一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是“間距”參數(shù)，即引線(xiàn)之間的間隔距離。對(duì)于通孔開(kāi)關(guān)，間距特別重要，因?yàn)殚g距適當(dāng)?shù)脑?huà)，可以配合試驗(yàn)板使用。

圖 4：在試驗(yàn)板上使用通孔開(kāi)關(guān)。（圖片來(lái)源：CUI Devices）

致動(dòng)：除了手動(dòng)和電子致動(dòng)外，開(kāi)關(guān)還提供各種致動(dòng)方法。包括用手或小型螺絲刀或工具致動(dòng)。然而，最常見(jiàn)的是選擇凸起或平坦的致動(dòng)器平面。

額定電流和電壓：開(kāi)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(yàn)證開(kāi)關(guān)是否能滿(mǎn)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(kāi)關(guān)防塵和防液體等級(jí)的侵入防護(hù)或 IP 等級(jí)。但有些開(kāi)關(guān)可能具有更高的振動(dòng)靈敏度或防破壞功能。

03機(jī)械開(kāi)關(guān)的類(lèi)型

機(jī)械開(kāi)關(guān)的類(lèi)型

下面提供的是機(jī)械操作和致動(dòng)的開(kāi)關(guān)類(lèi)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(kāi)關(guān)：

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

圖 5：DIP 開(kāi)關(guān)示例圖。（圖片來(lái)源：CUI Devices）

旋轉(zhuǎn)式 DIP 開(kāi)關(guān)：

這類(lèi)開(kāi)關(guān)是 DIP 開(kāi)關(guān)的一個(gè)子集，采用旋轉(zhuǎn)形式，用于選擇不同的選項(xiàng)（通常為 4 到 16 位），配有平面或凸起旋鈕。與線(xiàn)性 DIP 開(kāi)關(guān)一樣，這類(lèi)也有通孔或表面貼裝兩種選擇。不過(guò)，與線(xiàn)性 DIP 開(kāi)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(dòng)式開(kāi)關(guān)：

滑動(dòng)式開(kāi)關(guān)通常被視作電源開(kāi)關(guān)，通過(guò)滑動(dòng)致動(dòng)器來(lái)操作。這類(lèi)開(kāi)關(guān)通常屬于 SPST，可以頻繁使用。有些開(kāi)關(guān)有多個(gè)刀或擲，要想精確定位可能頗具挑戰(zhàn)性。雖然這類(lèi)開(kāi)關(guān)的容量比 DIP 開(kāi)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(shí)，它們還可用作消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中的 DIP 開(kāi)關(guān)，更方便使用。不過(guò)，如何在方便使用和避免意外致動(dòng)之間取得平衡是個(gè)難題。

觸摸開(kāi)關(guān)：觸摸開(kāi)關(guān)為人熟知的特點(diǎn)是有明顯的“咔噠聲”，設(shè)計(jì)為小型瞬動(dòng)按鈕，適合低電壓、低電流信號(hào)。這類(lèi)開(kāi)關(guān)雖電子功能一般，但堅(jiān)固耐用，使用壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)千萬(wàn)次。雖然通常為單刀類(lèi)型，但也可以具有多擲和高 IP 等級(jí)。游戲控制器、遙控器、車(chē)庫(kù)門(mén)等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品以及各種工業(yè)應(yīng)用都廣泛使用了這類(lèi)開(kāi)關(guān)，充分表明它們因小巧耐用而廣受歡迎。

搖臂開(kāi)關(guān)：

搖臂開(kāi)關(guān)中間轉(zhuǎn)動(dòng)，在兩個(gè)選項(xiàng)之間切換，一般不是瞬動(dòng)開(kāi)關(guān)。這類(lèi)開(kāi)關(guān)通常用作高壓電路的電源開(kāi)關(guān)，有些還帶有 LED 或白熾燈泡照明，用于指示開(kāi)關(guān)狀態(tài)。它們的 IP 防護(hù)等級(jí)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(jiǎn)單的接口和致動(dòng)方式使其在消費(fèi)類(lèi)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(dòng)開(kāi)關(guān)的補(bǔ)充，可能會(huì)設(shè)有外蓋以防意外致動(dòng)。

按鈕開(kāi)關(guān)：

按鈕開(kāi)關(guān)通常稱(chēng)為按鈕或按鍵，具有簡(jiǎn)單的進(jìn)出致動(dòng)功能。這類(lèi)開(kāi)關(guān)可以是瞬動(dòng)開(kāi)關(guān)，形狀各異，通常集成了 LED，用于照明或指示開(kāi)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(hù)使用，適合經(jīng)常有人的公共區(qū)域。按鈕堅(jiān)固耐用，防破壞且 IP 防護(hù)等級(jí)高，適用于電梯或地鐵等惡劣環(huán)境。但與更簡(jiǎn)單、更小的按鈕開(kāi)關(guān)型號(hào)相比，這類(lèi)開(kāi)關(guān)的尺寸、LED 選項(xiàng)和材料可能會(huì)導(dǎo)致成本增加。

撥動(dòng)開(kāi)關(guān)：

撥動(dòng)開(kāi)關(guān)因其操作桿加長(zhǎng)而為人熟知，適合戴手套或電機(jī)微調(diào)控制受限的場(chǎng)合。突出的控制桿能更清楚地給出目視反饋，無(wú)需額外的 LED 指示燈，其動(dòng)作幅度較大，可確保切換準(zhǔn)確無(wú)誤。這類(lèi)開(kāi)關(guān)有不同的刀數(shù)和擲數(shù)，但通常較少配置為瞬動(dòng)開(kāi)關(guān)。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)因易于致動(dòng)、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?cè)陲w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(kāi)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(kāi)關(guān)的主要方面，包括其類(lèi)型、操作、應(yīng)用和注意事項(xiàng)。無(wú)論是設(shè)計(jì)消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備還是從事復(fù)雜的工業(yè)項(xiàng)目，選擇合適的開(kāi)關(guān)都會(huì)對(duì)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(kāi)關(guān)解決方案，可隨時(shí)滿(mǎn)足各種開(kāi)關(guān)需求。

小編的話(huà)

作為控制電路通斷的關(guān)鍵組件，開(kāi)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流的開(kāi)啟、關(guān)閉和調(diào)節(jié)。由于開(kāi)關(guān)的種類(lèi)繁多，其選擇和使用對(duì)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(jì)和應(yīng)用電子和電氣系統(tǒng)時(shí)，只有充分考慮開(kāi)關(guān)的作用并選擇合適的開(kāi)關(guān)類(lèi)型，才能確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和可靠性。您對(duì)開(kāi)關(guān)的類(lèi)型和選用有哪些問(wèn)題和經(jīng)驗(yàn)？歡迎留言，分享交流！

審核編輯：湯梓紅