作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技術(shù)支持工程師

　　開關(guān)是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠郑N類繁多且無處不在。它們有無數(shù)的形式，從微小的按鈕到巨大的控件，并包含一系列功能。這種多樣性受到機(jī)械或電氣操作以及手動或電子控制等因素的影響，通?？梢詺w結(jié)為個人對美學(xué)和用戶界面的偏好。

　　雖然植根于 BJT、MOSFET、IGBT 和其他半導(dǎo)體設(shè)計等技術(shù)的電子開關(guān)由于成本下降和功能擴(kuò)展而受到越來越多的關(guān)注，但機(jī)械操作開關(guān)仍然是首選開關(guān)解決方案。本文將深入研究開關(guān)基礎(chǔ)知識，特別關(guān)注物理操作和驅(qū)動模型，以了解它們?nèi)绾卧谛问胶凸δ茴I(lǐng)域之間架起橋梁。

　　開關(guān)基礎(chǔ)知識

　　選擇任何開關(guān)的起點都需要掌握桿和投的概念。簡而言之，極點表示單個開關(guān)可以控制的電路數(shù)量，而投擲表示開關(guān)可以選擇的觸點數(shù)量。通過簡單的視覺表現(xiàn)可以最有效地理解這一概念。

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

　　對于僅具有單刀單擲的開關(guān)(恰當(dāng)?shù)胤Q為 SPST)，它提供對單個電路的控制，并且開關(guān)能夠簡單地打開和關(guān)閉單個觸點?，F(xiàn)在，讓我們將其與具有單刀雙擲配置(稱為 SPDT)的開關(guān)進(jìn)行對比。

　　圖 2：SPDT 開關(guān)圖。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　在 SPDT 開關(guān)內(nèi)，仍然有一個受控制的單獨電路，但開關(guān)可以在兩個不同的觸點之間轉(zhuǎn)換。在 SPDT 領(lǐng)域，開關(guān)不僅限于打開和關(guān)閉電路的行為，還包括電路本身的重定向。

　　圖 3：DPDT 開關(guān)圖。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　對于雙刀雙擲 (DPDT) 開關(guān)，單個開關(guān)負(fù)責(zé)控制兩個電路，并且其中的每個開關(guān)在兩個觸點之間導(dǎo)航。盡管 SPST、SPDT、DPST 和 DPDT 代表了最流行的開關(guān)配置，但對于開關(guān)可能擁有的極數(shù)和投擲數(shù)沒有理論上的限制。當(dāng)有兩個以上的桿或投擲時，數(shù)字標(biāo)簽將取代“S”或“D”。例如，提供四刀五擲的開關(guān)可能會被制造商標(biāo)記為 4P5T 開關(guān)。同樣，具有六次投擲的雙刀可以表示為 DP6T。

　　開關(guān)選擇注意事項

　　除了桿和投擲之外，在選擇過程中還需要考慮其他幾種開關(guān)規(guī)格。下面的列表包括一些更常見的功能，但絕不是詳盡的。

　　尺寸：如前所述，開關(guān)有多種形狀和尺寸。從小于一粒米的開關(guān)到太大而無法用手移動的開關(guān)，尺寸通常取決于預(yù)期的應(yīng)用。工業(yè)環(huán)境通常采用較大的開關(guān)，因為手套會發(fā)揮作用或難以進(jìn)行精細(xì)運動，而緊湊的嵌入式設(shè)備通常會尋求盡可能小的開關(guān)。

　　默認(rèn)狀態(tài)：大多數(shù)開關(guān)缺乏預(yù)定義狀態(tài)，但有一些瞬時開關(guān)，通常表現(xiàn)出預(yù)設(shè)狀態(tài)，常開 (NO) 或常閉 (NC)。

　　位置：此參數(shù)指示單個單元中包含的開關(guān)數(shù)量。在某些情況下，這個概念可能會被錯誤地與“投擲”互換，但重要的是要認(rèn)識到位置表示同一單元內(nèi)的離散開關(guān)，每個開關(guān)都能夠獨立致動。

　　安裝：與任何電子元件一樣，開關(guān)提供多種安裝配置。表面安裝和直通式開關(guān)通常與 PCB 上較小的開關(guān)相關(guān)，而面板安裝和 DIN 導(dǎo)軌安裝開關(guān)往往較大。表面貼裝和通孔設(shè)置中的一個關(guān)鍵考慮因素是稱為“間距”的參數(shù)，表示引線的間隔距離。在通孔開關(guān)的背景下，間距特別重要，因為適當(dāng)?shù)拈g距允許與面包板一起使用。

　　圖 4：在面包板上使用通孔開關(guān)。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　驅(qū)動：除了區(qū)分手動和電子驅(qū)動之外，開關(guān)還提供多種驅(qū)動方法。這可能包括手動驅(qū)動或使用小型螺絲刀或工具。然而，最常見的選擇是在升高或平坦執(zhí)行器水平之間進(jìn)行選擇。

　　額定電流和電壓：開關(guān)具有廣泛的額定電壓和電流范圍，從幾伏和安培到數(shù)百甚至數(shù)千。必須始終驗證開關(guān)是否能夠適應(yīng)預(yù)期應(yīng)用的預(yù)期電流和電壓額定值。

　　環(huán)境因素：這通常是指用于指示交換機(jī)防塵和液體防護(hù)級別的入口防護(hù)或 IP 等級。但是，某些開關(guān)可能具有更高的振動靈敏度或防破壞功能。

　　機(jī)械開關(guān)的類型

　　下面提供的開關(guān)類型是機(jī)械操作和致動的，它們在較小的便攜式或嵌入式系統(tǒng)中經(jīng)常遇到，但不限于此。

　　DIP 開關(guān)：DIP 開關(guān)采用通孔或表面貼裝封裝，最常見的是 SPST 開關(guān)陣列。它們非常適合面包板和成品，可實現(xiàn)半永久性選擇。它們有鋼琴、滑動和旋轉(zhuǎn)形式，用于設(shè)備中的選項設(shè)置，特別是在工業(yè)應(yīng)用和開發(fā)套件中。 DIP 開關(guān)比跳線提供更多選擇，并且用戶友好，但不適合頻繁調(diào)整。

　　圖 5：DIP 開關(guān)示例。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　旋轉(zhuǎn) DIP 開關(guān)：作為 DIP 開關(guān)的子集，它們具有用于選擇離散選項(通常 4 至 16 個位置)的旋轉(zhuǎn)格式，并具有平坦或凸起的旋鈕。與線性 DIP 開關(guān)一樣，它們有通孔或表面安裝選項。然而，與線性 DIP 開關(guān)不同，它們可以以 BCD 或十六進(jìn)制輸出。雖然結(jié)構(gòu)緊湊且用戶友好，但它們提供單一輸出，并不適合連續(xù)使用。

　　圖 6：旋轉(zhuǎn) DIP 開關(guān)示例。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　滑動開關(guān)：通常被認(rèn)為是電源開關(guān)，滑動開關(guān)通過滑動致動器來操作。它們通常是 SPST，可以應(yīng)對頻繁使用。雖然有些有多個桿或投擲，但這可能會給精確定位帶來挑戰(zhàn)。盡管它們的容量比 DIP 開關(guān)更高，但它們?nèi)匀槐３值凸模⑶彝ǔ１砻婊蛲装惭b在 PCB 上。有時，它們在消費電子產(chǎn)品中用作更易于訪問的 DIP 開關(guān)，盡管平衡易用性和避免意外啟動可能是一個挑戰(zhàn)。

　　圖 7：滑動開關(guān)示例。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　輕觸開關(guān)：輕觸開關(guān)因其明顯的咔嗒聲而聞名，是一種小型瞬時按鈕，專為低電壓、低電流信號而設(shè)計。它們以穩(wěn)健性彌補(bǔ)了電子功能的不足，提供了數(shù)十萬甚至數(shù)千萬的長生命周期。雖然通常為單刀，但它們也可以具有多擲和高 IP 等級。它們廣泛應(yīng)用于消費電子產(chǎn)品，例如游戲控制器、遙控器、車庫門和各種工業(yè)應(yīng)用，這凸顯了它們由于尺寸小和耐用而受到歡迎。

　　圖 8：觸覺開關(guān)示例。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　翹板開關(guān)：翹板開關(guān)在中間旋轉(zhuǎn)以在兩個選項之間切換，通常不是瞬時的。它們通常用作高壓電路的電源開關(guān)，其中一些帶有 LED 或白熾燈泡照明以指示開關(guān)狀態(tài)。它們可以達(dá)到 IP 等級，適合惡劣環(huán)境。盡管由于尺寸和功能而導(dǎo)致成本略高，但其簡單的界面和驅(qū)動使其在消費電子產(chǎn)品中很受歡迎。在工業(yè)環(huán)境中，它們是撥動開關(guān)的補(bǔ)充，并且可能有蓋子以防止意外啟動。

　　圖 9：搖桿開關(guān)示例。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　按鈕開關(guān)：按鈕開關(guān)通常稱為按鈕或按鈕，具有簡單的進(jìn)出驅(qū)動功能。它們可以是瞬時的，有各種形狀，并且 LED 通常集成用于照明或指示開關(guān)的狀態(tài)。它們可處理各種電壓和電流，通常安裝在 PCB 或面板上。它們的用戶友好性適合經(jīng)常有用戶的公共區(qū)域。按鈕可以做得很堅固，具有防破壞系列和高 IP 等級，非常適合電梯或地鐵等惡劣環(huán)境。然而，與更簡單、更小的按鈕開關(guān)型號相比，它們的尺寸、LED 選項和材料可能會導(dǎo)致更高的成本。

　　圖 10：按鈕開關(guān)示例。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　撥動開關(guān)：撥動開關(guān)因其加長桿而聞名，適合戴手套或精細(xì)運動控制有限的情況。突出的控制桿可提供清晰的視覺反饋，無需額外的 LED，其大動作確保了無誤的切換。它們有各種桿和投擲形式，但不太常見地配置為瞬時開關(guān)。撥動開關(guān)因其易于驅(qū)動、快速反饋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)、控制儀表和醫(yī)療設(shè)備中的關(guān)鍵任務(wù)用途，它們往往更昂貴。

　　圖 11：撥動開關(guān)示例。 (圖片來源：CUI 設(shè)備)

　　概括

　　開關(guān)是在電子和電氣系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基本元件。本文全面概述了交換機(jī)的關(guān)鍵方面，包括其類型、操作、應(yīng)用和注意事項。無論是設(shè)計消費電子設(shè)備還是處理復(fù)雜的工業(yè)項目，選擇合適的開關(guān)都會極大地影響系統(tǒng)的功能和可靠性。 CUI Devices 擁有一系列現(xiàn)成的開關(guān)解決方案，可滿足各種開關(guān)需求。