سوئیچ و انواع مختلف سوئیچ ها

در این مقاله موارد زیر مورد بررسی قرار میگیرد :

 سوئیچ چیست؟

انواع سوئیچ ها

سوئیچ های مکانیکی، سوئیچ های الکترونیکی، نمادهای آنها و بسیاری موارد دیگر در مورد سوئیچ ها را خواهیم آموخت.

سوئیچ چیست؟

سوئیچ وسیله ای است که برای قطع جریان در مدار طراحی شده است.

به عبارت ساده، یک سوئیچ می تواند یک مدار الکتریکی را ایجاد یا قطع کند.

هر برنامه برق و الکترونیک حداقل از یک سوئیچ برای انجام عملیات ON و OFF دستگاه استفاده می کند.

بنابراین سوئیچ ها جزئی از سیستم کنترل هستند و بدون آن نمی توان به عملیات کنترل دست یافت.

یک سوئیچ می‌تواند دو عملکرد را انجام دهد، یعنی کاملاً روشن (با بستن کنتاکت‌هایش) یا کاملاً خاموش (با باز کردن کنتاکت‌هایش).

هنگامی که کنتاکت های یک کلید بسته می شوند، کلید یک مسیر بسته برای جریان الکتریکی ایجاد می کند و از این رو جریان برق منبع را مصرف می کند.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هنگامی که کنتاکت های یک کلید باز هستند، هیچ برقی توسط وسیله الکتریکی مصرف نمی شود.

یکی دیگر از وظایف مهم سوئیچ، منحرف کردن جریان الکتریکی در مدار است.

مدار بالا را در نظر بگیرید هنگامی که سوئیچ در موقعیت A است، لامپ 1 روشن می شود و در حالی که در موقعیت B است، لامپ 2 روشن می شود.

کاربردهای متعددی از سوییچ وجود دارد که در زمینه های مختلف مانند خانه، اتومبیل، صنعتی، نظامی، هوا فضا و … یافت می شود.

در برنامه‌های خانگی و اداری، ما از کلیدهای ساده برای روشن و خاموش کردن وسایلی مانند چراغ‌ها، رایانه‌ها، فن‌ها و … استفاده می‌کنیم.

در برخی از برنامه‌ها، سوئیچینگ چند طرفه (مانند سیم‌کشی ساختمان)، که در آن دو یا چند سوئیچ برای کنترل یک سوئیچ متصل می‌شوند، استفاده می‌شود.

بار الکتریکی از بیش از یک مکان، به عنوان مثال، یک سوئیچ دو طرفه استفاده می کند .

ویژگی های یک سوئیچ

قبل از ادامه و بررسی انواع مختلف سوئیچ ها، اجازه دهید نکات مهمی را در مورد ویژگی های یک سوئیچ ببینیم.

دو ویژگی مهم یک سوئیچ، قطب و پرتاب آن است.

یک قطب نشان دهنده یک تماس و یک پرتاب نشان دهنده اتصال تماس با تماس است.

تعداد قطب ها و پرتاب ها برای توصیف سوئیچ استفاده می شود.

برخی از اعداد استاندارد میله ها و پرتاب ها تک (1 قطب یا 1 پرتاب) و دوتایی (2 قطب یا 2 سوئیچ) هستند.

اگر تعداد تیرها یا پرتاب‌ها بیشتر از 2 باشد، اغلب مستقیماً از آن استفاده می‌شود.

به عنوان مثال، یک سوئیچ سه قطبی شش پرتاب اغلب به عنوان 3P6T نشان داده می شود.

یکی دیگر از ویژگی های مهم یک سوئیچ عملکرد آن است، یعنی اینکه آیا یک کنش لحظه ای یا لچ شده است.

سوئیچ های لحظه ای (مثلاً مانند دکمه های فشاری) برای برقراری تماس لحظه ای (برای مدت کوتاهی یا زمانی که دکمه فشار داده می شود) استفاده می شود.

سوئیچ های چفت شده روی دست، تماس را تا زمانی که مجبور به قرار گرفتن در موقعیت دیگر شود حفظ کنید.

انواع سوئیچ

اساساً سوئیچ ها می توانند دو نوع باشند:

• مکانیکی
• الکترونیکی

سوئیچ های مکانیکی سوئیچ های فیزیکی هستند که باید به صورت فیزیکی با حرکت، فشار دادن، رها کردن یا لمس کنتاکت های آن فعال شوند.

از سوی دیگر، سوئیچ های الکترونیکی برای کنترل مدار نیازی به تماس فیزیکی ندارند. اینها با عمل نیمه هادی فعال می شوند.

سوئیچ های مکانیکی

سوئیچ های مکانیکی را می توان بر اساس عوامل متعددی از جمله روش فعال سازی (سوئیچ های دستی، محدود و فرآیند)، تعداد کنتاکت ها (سوئیچ های تک کنتاکتی و چند کنتاکتی)، تعداد قطب ها و پرتاب ها (SPST، DPDT، SPDT)، به انواع مختلفی طبقه بندی کرد.

عملیات و ساخت (دکمه فشاری، ضامن، چرخشی، جوی استیک و … )، بر اساس حالت (کلیدهای لحظه ای و قفل شده)

بر اساس تعداد قطب ها و پرتاب ها، سوئیچ ها به انواع زیر طبقه بندی می شوند.

قطب تعداد مدارهای قدرت جداگانه ای را نشان می دهد که می توانند سوئیچ شوند.

اکثر کلیدهای طراحی شده دارای یک، دو یا سه قطب هستند و به صورت تک قطبی، دو قطبی و سه قطبی تعیین می شوند.

تعداد پرتاب ها نشان دهنده تعداد حالت هایی است که جریان می تواند از سوییچ عبور کند.

اکثر سوئیچ ها به گونه ای طراحی شده اند که یک یا دو پرتاب داشته باشند که به عنوان سوئیچ پرتابی و دو پرتابی تعیین می شوند.

سوئیچ تک قطبی تک پرتابی (SPST)

• این کلید اصلی روشن و خاموش است که از یک کنتاکت ورودی و یک کنتاکت خروجی تشکیل شده است.
• این یک مدار واحد را سوئیچ می کند و می تواند بار را (روشن) یا قطع (خاموش) کند.
• مخاطبین SPST می توانند به طور معمول باز یا بسته باشند.

سوئیچ پرتابی تک قطبی (SPDT)

• این سوئیچ دارای سه ترمینال است: یکی ورودی و دو عدد دیگر کنتاکت های خروجی.
• این به این معنی است که شامل دو موقعیت روشن و یک موقعیت خاموش است.
• در بیشتر مدارها، این کلیدها به عنوان تعویض برای اتصال ورودی بین دو انتخاب از خروجی ها استفاده می شود.
• کنتاکتی که به طور پیش‌فرض به ورودی متصل است به عنوان کنتاکت معمولی بسته و کنتاکتی که در حین عملیات روشن وصل می‌شود، یک کنتاکت معمولی باز است

سوئیچ دو قطبی تک پرتابی (DPST)

• این سوئیچ از چهار ترمینال تشکیل شده است: دو کنتاکت ورودی و دو کنتاکت خروجی.
• مانند دو پیکربندی جداگانه SPST عمل می کند که همزمان عمل می کنند.
• فقط یک موقعیت روشن دارد، اما می تواند دو کنتاکت را به طور همزمان فعال کند، به طوری که هر کنتاکت ورودی به کنتاکت خروجی مربوطه خود متصل شود.
• در حالت OFF هر دو سوئیچ در حالت باز هستند.
• این نوع کلیدها برای کنترل دو مدار مختلف در یک زمان استفاده می شود.
• همچنین، کنتاکت های این سوئیچ ممکن است به صورت معمولی باز یا بسته باشند.

سوئیچ دوقطبی پرتابی (DPDT)

• این یک سوئیچ دوگانه روشن/خاموش است که از دو موقعیت ON تشکیل شده است.
• دارای شش ترمینال، دو عدد ورودی و چهار عدد دیگر کنتاکت خروجی هستند.
• مانند دو پیکربندی SPDT مجزا عمل می کند که همزمان کار می کنند.
• دو کنتاکت ورودی به یک مجموعه از کنتاکت های خروجی در یک موقعیت و در موقعیت دیگر کنتاکت های ورودی به مجموعه دیگر کنتاکت های خروجی متصل می شوند.

سوئیچ دکمه ای

• این یک سوئیچ تماس لحظه ای است که تا زمانی که فشار اعمال می شود (یا زمانی که دکمه فشار داده می شود) اتصال را برقرار یا قطع می کند.
• به طور کلی، این فشار توسط یک دکمه فشار داده شده توسط انگشت شخص تامین می شود.
• این دکمه پس از برداشته شدن فشار، موقعیت عادی خود را برمی‌گرداند.
• مکانیزم فنر داخلی این دو حالت (فشرده و رها) یک دکمه فشاری را عمل می کند.
• این شامل کنتاکت های ثابت و متحرک است که کنتاکت های ثابت به صورت سری به مداری که باید سوئیچ شود وصل می شوند و کنتاکت های متحرک با یک دکمه فشاری متصل می شوند.
• همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، دکمه های فشاری به طور عمده به دکمه های فشاری معمولی باز، معمولی بسته و دکمه های فشاری دوگانه تقسیم می شوند.
• دکمه های فشاری دوگانه معمولاً برای کنترل دو مدار الکتریکی استفاده می شوند.

سوئیچ را تغییر دهید

• سوئیچ ضامن به صورت دستی توسط یک دسته مکانیکی، اهرم یا مکانیزم تکان دهنده فعال می شود (یا به سمت بالا یا پایین فشار داده می شود).

اینها معمولاً به عنوان کلیدهای کنترل نور استفاده می شوند.

• اکثر این سوئیچ ها دارای دو یا چند موقعیت اهرمی هستند که در نسخه های سوئیچ SPDT، SPST، DPST و DPDT قرار دارند.

این ها برای سوئیچینگ جریان های بالا (تا 10 A) استفاده می شوند و همچنین می توانند برای سوئیچینگ جریان های کوچک استفاده شوند.

• این ها در رتبه بندی ها، اندازه ها و سبک های مختلف موجود هستند و برای انواع مختلف برنامه ها استفاده می شوند.

شرط ON می تواند هر یک از موقعیت های سطح آنها باشد، با این حال، طبق قرارداد رو به پایین موقعیت بسته یا روشن است.

سوئیچ محدود

• طرح های کنترل یک لیمیت سوئیچ در شکل بالا نشان داده شده است که در آن چهار نوع لیمیت سوئیچ ارائه شده است.
• برخی از سوئیچ ها با حضور یک جسم یا عدم وجود اشیا یا با حرکت ماشین به جای کار با دست انسان کار می کنند.

این سوئیچ ها به عنوان سوئیچ های محدود نامیده می شوند.

• این سوئیچ ها از یک نوع بازوی سپر تشکیل شده اند که توسط یک جسم فعال می شود.

هنگامی که این بازوی سپر فعال می شود، باعث تغییر موقعیت کنتاکت های سوئیچ می شود.

سوئیچ های شناور

• سوئیچ های شناور عمدتاً برای کنترل موتور پمپ های DC و AC با توجه به مایع یا آب موجود در مخزن یا سامپ استفاده می شوند.
• این سوئیچ زمانی کار می کند که شناور (یا جسم شناور) بر اساس سطح آب در یک مخزن به سمت پایین یا بالا حرکت می کند.
• این حرکت شناور مجموعه میله یا زنجیر و وزنه تعادل باعث باز یا بسته شدن کنتاکت های الکتریکی می شود. شکل دیگر سوئیچ شناور، سوئیچ نوع لامپ جیوه ای است که از هیچ گونه میله شناور یا آرایش زنجیره ای تشکیل نشده است.
• این لامپ از کنتاکت های جیوه ای تشکیل شده است به طوری که با افزایش یا کاهش سطح مایع، وضعیت تماس ها نیز تغییر می کند.
• نماد سوئیچ شناور توپ در شکل بالا نشان داده شده است. این سوئیچ های شناور می توانند به طور معمول باز یا بسته باشند.

سوئیچ های جریان

• اینها عمدتاً برای تشخیص حرکت مایع یا جریان هوا از طریق لوله یا مجرا استفاده می شوند.

سوئیچ جریان هوا (یا یک میکرو سوئیچ) توسط یک ضربه محکم و ناگهانی ساخته می شود.

• این میکرو سوئیچ به یک بازوی فلزی متصل می شود. به این بازوی فلزی، یک قطعه پلاستیکی یا فلزی نازک متصل می شود.
• هنگامی که مقدار زیادی هوا از قطعه فلزی یا پلاستیکی عبور می کند، باعث حرکت بازوی فلزی می شود و در نتیجه کنتاکت های کلید را به کار می اندازد.
• سوئیچ های جریان مایع با یک پدال طراحی شده اند که در سراسر جریان مایع در یک لوله قرار می گیرد.

هنگامی که مایع در لوله جریان می یابد، نیرویی که بر روی پارو وارد می شود، موقعیت کنتاکت ها را تغییر می دهد.

• شکل بالا نماد سوئیچ مورد استفاده برای جریان هوا و جریان مایع را نشان می دهد.

علامت پرچم روی سوئیچ نشان دهنده پارویی است که جریان یا حرکت مایع را حس می کند.

• این سوئیچ ها دوباره به طور معمول تنظیمات نوع باز یا بسته هستند.

سوئیچ های فشار

• این کلیدها معمولاً در کاربردهای صنعتی به منظور سنجش فشار سیستم های هیدرولیک و دستگاه های پنوماتیک استفاده می شوند.
• بسته به محدوده فشاری که باید اندازه گیری شود، این فشار سوئیچ ها به سوئیچ فشار دیافراگمی، سوئیچ فشار نوع زیر فلزی و سوئیچ فشار نوع پیستونی طبقه بندی می شوند.

در همه این انواع، عنصر تشخیص فشار مجموعه ای از کنتاکت ها را به کار می گیرد (که می توانند دو قطبی یا تک قطبی باشند).

• این نماد سوئیچ شامل یک نیم دایره متصل به یک خط است که در آن قسمت صاف یک دیافراگم را نشان می دهد.
• این سوئیچ ها ممکن است از نوع تنظیمات معمولی باز یا بسته باشند.

سوئیچ های دما

• رایج ترین عنصر حسگر حرارت، نوار دو فلزی است که بر اساس اصل انبساط حرارتی عمل می کند.
• نوارهای دو فلزی با دو فلز غیر مشابه (که نرخ انبساط حرارتی متفاوتی دارند) ساخته شده و به یکدیگر متصل می شوند.
• کنتاکت های سوئیچ زمانی کار می کنند که دما باعث خم شدن یا پیچیدن نوار شود.
• یکی دیگر از روش های عملکرد کلید دما، استفاده از لوله شیشه ای جیوه ای است.
• هنگامی که لامپ گرم می شود، جیوه در لوله منبسط می شود و سپس فشاری برای کارکردن کنتاکت ها ایجاد می کند.

سوئیچ جوی استیک

• سوئیچ های جوی استیک دستگاه های کنترل دستی هستند که عمدتاً در تجهیزات کنترل قابل حمل استفاده می شوند.
• از یک اهرم تشکیل شده است که آزادانه در بیش از یک محور حرکت می کند.
• بسته به حرکت اهرم فشار داده شده، یک یا چند کنتاکت سوئیچ فعال می شود.
• اینها برای پایین آوردن، بالا بردن و تحریک حرکات به سمت چپ و راست مناسب هستند.
• اینها برای ماشین آلات ساختمانی، کنترل کابل و جرثقیل استفاده می شود. نماد جوی استیک در زیر نشان داده شده است.

سوئیچ های چرخشی

• اینها برای اتصال یک خط به یکی از چندین خط استفاده می شوند.
• نمونه هایی از این سوئیچ ها عبارتند از انتخابگرهای محدوده در تجهیزات اندازه گیری الکتریکی، انتخابگرهای کانال در دستگاه های ارتباطی و انتخابگرهای باند در رادیوهای چند بانده.
  از یک یا چند کنتاکت متحرک (شستی) و بیش از یک کنتاکت ثابت تشکیل شده است.
• این سوئیچ ها با چینش کنتاکت های مختلفی مانند تک قطبی 12 طرفه، 3 قطبی 4 طرفه، 2 قطبی 6 طرفه و 4 قطبی 3 طرفه عرضه می شوند.

سوئیچ های الکترونیکی

سوئیچ های الکترونیکی به طور کلی به عنوان سوئیچ های حالت جامد نامیده می شوند زیرا هیچ بخش متحرک فیزیکی و در نتیجه هیچ تماس فیزیکی وجود ندارد.

اکثر دستگاه ها توسط سوئیچ های نیمه هادی مانند درایوهای موتور و تجهیزات HVAC کنترل می شوند.

انواع مختلفی از سوئیچ های حالت جامد در بازار مصرفی، صنعتی و خودروسازی امروزی با اندازه ها و درجه بندی های مختلف موجود است.

برخی از این سوئیچ های حالت جامد شامل ترانزیستورها، SCR ها، ماسفت ها، TRIAC و IGBT می باشند.

ترانزیستورهای دوقطبی

یک ترانزیستور یا اجازه عبور جریان را می دهد یا جریان را مانند عملکرد کلید معمولی مسدود می کند.

در مدارهای سوئیچینگ، ترانزیستور در حالت قطع برای شرایط OFF یا انسداد جریان و در حالت اشباع برای شرایط ON عمل می کند.

منطقه فعال ترانزیستور برای برنامه های سوئیچینگ استفاده نمی شود.

هر دو ترانزیستور NPN و PNP زمانی فعال یا روشن می شوند که جریان پایه کافی به آن داده شود.

هنگامی که جریان کمی از ترمینال پایه که توسط یک مدار محرک (که بین پایه و امیتر متصل است) عبور می کند، باعث می شود ترانزیستور مسیر کلکتور-امیتر را روشن کند.

و با حذف جریان پایه و کاهش ولتاژ پایه به مقدار کمی منفی خاموش می شود.

حتی با وجود اینکه از جریان پایه کوچک استفاده می کند، می تواند جریان های بسیار بالاتری را از طریق مسیر کلکتور- امیتر حمل کند.

دیود برق

یک دیود می تواند عملیات سوئیچینگ را بین حالت امپدانس حالت بالا و پایین انجام دهد. برای ساخت دیودها از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون و ژرمانیوم استفاده می شود.

معمولاً پاور دیودها با استفاده از سیلیکون ساخته می‌شوند تا دستگاه را در جریان‌های بالاتر و دمای محل اتصال بالاتر کار کنند.

اینها با اتصال مواد نیمه هادی نوع p و n به یکدیگر برای تشکیل اتصال PN ساخته می شوند. دارای دو پایانه آند و کاتد می باشد.

هنگامی که آند نسبت به کاتد و با اعمال ولتاژ بیشتر از سطح آستانه مثبت می شود، اتصال PN بایاس رو به جلو است و شروع به هدایت می کند (مانند کلید ON).

هنگامی که ترمینال کاتد نسبت به آند مثبت می شود، اتصال PN بایاس معکوس می شود و جریان جریان را مسدود می کند (مانند کلید OFF).

ماسفت

شاید محبوب ترین و رایج ترین دستگاه سوئیچینگ نیمه هادی ماسفت باشد.

ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی اکسید فلز (MOSFET) یک دستگاه سوئیچینگ تک قطبی و فرکانس بالا است.

متداول ترین دستگاه سوئیچینگ کاربردهای الکترونیکی قدرت است. دارای سه ترمینال به نام های تخلیه (خروجی)، منبع (مشترک) و گیت (ورودی).

این یک دستگاه کنترل ولتاژ است، یعنی با کنترل ولتاژ ورودی (دریچه به منبع)، مقاومت بین تخلیه و منبع کنترل می شود که وضعیت روشن و خاموش بودن دستگاه را بیشتر تعیین می کند.

ماسفت ها می توانند دستگاه های P-Channel یا N-Channel باشند.

ماسفت کانال N با اعمال یک VGS مثبت نسبت به منبع روشن می شود (به شرطی که VGS باید بیشتر از ولتاژ آستانه باشد).

ماسفت کانال P به روشی مشابه ماسفت کانال N عمل می کند اما از قطبیت معکوس ولتاژها استفاده می کند.

هر دو VGS و VDD با توجه به منبع برای روشن کردن MOSFET کانال P منفی هستند.

IGBT
IGBT (ترانزیستور دوقطبی گیت عایق) چندین مزیت ترانزیستور قدرت اتصال دوقطبی و ماسفت قدرت را ترکیب می کند.

مانند ماسفت، یک دستگاه کنترل ولتاژ است و افت ولتاژ حالت روشن کمتری دارد (کمتر از ماسفت و نزدیک تر به ترانزیستور قدرت).

این یک دستگاه سوئیچینگ نیمه هادی با سرعت بالا با سه ترمینال است. این پایانه ها امیتر، کلکتور و گیت هستند.

TRIAC

سوئیچ Triac (یا TRIode AC) یک دستگاه سوئیچینگ دو طرفه است که یک مدار معادل دو اتصال SCR پشت به پشت با یک ترمینال گیت است.

توانایی آن برای کنترل توان AC در هر دو پیک مثبت و منفی شکل موج ولتاژ باعث می شود که این دستگاه ها در کنترل کننده های سرعت موتور، دیمرهای نور، سیستم های کنترل فشار، درایوهای موتور و سایر تجهیزات کنترل AC مورد استفاده قرار گیرند.

DIAC

DIAC (یا DIode AC Switch) یک دستگاه سوئیچینگ دو طرفه است و از دو پایانه تشکیل شده است که به عنوان آند و کاتد نامگذاری نمی شوند زیرا یک دستگاه دو طرفه است، یعنی یک DIAC می تواند در هر جهت بدون توجه به شناسایی ترمینال کار کند.

این نشان می دهد که DIAC را می توان در هر جهت استفاده کرد.

هنگامی که یک ولتاژ در یک DIAC اعمال می شود، یا در حالت مسدود کردن رو به جلو یا مسدود کردن معکوس عمل می کند، مگر اینکه ولتاژ اعمال شده کمتر از ولتاژ شکست باشد.

هنگامی که ولتاژ بیش از ولتاژ شکست افزایش می یابد، شکست بهمن رخ می دهد و دستگاه شروع به هدایت می کند.

تریستور خاموش کننده دروازه

GTO (Gate Turn Off Thyristor) یک دستگاه سوئیچینگ نیمه هادی دوقطبی است.

دارای سه پایانه است:

آند، کاتد و گیت. همانطور که از نام آن پیداست، این دستگاه سوئیچینگ قادر است از طریق ترمینال گیت خاموش شود.

یک GTO با اعمال یک جریان گیت مثبت کوچک روشن می شود، که حالت هدایت را فعال می کند.

می توان آن را با یک پالس منفی به دروازه خاموش کرد.

نماد GTO از فلش های دوتایی روی ترمینال گیت تشکیل شده است که نشان دهنده جریان دو طرفه جریان از ترمینال گیت است.

منبع / electronicshub