Spis treści:
Mimo upowszechnienia interfejsów opartych na ekranach dotykowych, mechaniczne przełączniki wciąż mają się doskonale. Poznaj najważniejsze rodzaje elementów stykowych.
We współczesnej elektronice zostaliśmy już przyzwyczajeni do wysokiej jakości ekranów dotykowych, czujników wykrywających gesty czy nawet trójwymiarowych kamer, zdolnych do inteligentnego rozpoznawania twarzy (np. w celu odblokowania smartfona). Wydawałoby się więc, że poczciwe, mechaniczne przełączniki niebawem odejdą do lamusa. A jednak – tradycyjne komponenty stykowe nie tylko cały czas pozostają w powszechnym użyciu, ale – co więcej – wciąż są rozwijane, ulepszane i modyfikowane, aby móc sprostać zmieniającym się wymogom rynku. Dziś zajmiemy się systematycznym przeglądem najważniejszych informacji na temat rodzajów, budowy oraz parametrów podzespołów stykowych.
Przełącznik, włącznik, wyłącznik, czyli jak się nie pogubić w gąszczu nazewnictwa
W języku angielskim zdecydowaną większość elementów elektromechanicznych można nazwać wspólnym określeniem „switch”. W polszczyźnie natomiast odpowiada ono bezpośrednio słowu „przełącznik”, choć w istocie mamy do wyboru także wiele innych nazw, często stosowanych zamiennie, co wprowadza pewne zamieszanie w nomenklaturze technicznej.
Przełącznik – jak sama nazwa wskazuje – służy do przełączania obwodów elektrycznych, czyli zmiany ich konfiguracji. Przykładowo – w tradycyjnych miernikach uniwersalnych stosowane są przełączniki obrotowe, posiadające kilkanaście lub nawet więcej pozycji, a każda z nich przestawia multimetr na inny zakres lub funkcję pomiarową.
Mianem włącznika (lub wyłącznika) nazywamy natomiast element (zwykle dużo prostszy, zawierający np. tylko dwa wyprowadzenia), pozwalający na załączenie lub odcięcie zasilania od obwodów urządzenia – z tego względu w(y)łączniki są najczęściej stosowane w obwodach zasilających (sieciowych lub bateryjnych), choć mogą też współpracować bezpośrednio z procesorem w celu zapewnienia programowej kontroli procesu uruchamiania i zamykania systemu operacyjnego (takie rozwiązanie jest stosowane m.in. w telefonach i tabletach).
Konfiguracje styków, czyli co nieco o skrótach
Bardzo ważną kwestią, którą koniecznie należy zrozumieć poznając tajniki elektroniki, jest konfiguracja oraz nazewnictwo styków. Podane poniżej informacje pozwolą Ci z łatwością identyfikować wyprowadzenia przełączników oraz dobierać elementy stykowe odpowiednio do określonych potrzeb projektowych.
- Styk NO (ang. Normally Open) – w języku polskim nazywany “normalnie otwartym”, pozostaje w pozycji rozwartej (niepołączonej), gdy przełącznik jest w stanie nieaktywnym. Styk ten zamyka się (tj. łączy z wyprowadzeniem wspólnym, umożliwiając przepływ prądu w obwodzie), gdy przełącznik jest aktywowany – przykładowo, stanie się to po naciśnięciu przycisku w wiertarce.
- Styk NC (ang. Normally Closed) – działa dokładnie odwrotnie w porównaniu do NO: normalnie pozostaje zwarty z wyprowadzeniem wspólnym, ale aktywacja przełącznika powoduje rozwarcie obwodu.
- Styk COM (ang. Common) – to jest właśnie wspomniany wcześniej wspólny styk. W przypadku bardziej rozbudowanych przełączników, COM jest używany jako wspólny punkt dla różnych styków NO i NC (przy czym w danym momencie może być połączony tylko z jednym z nich).
- SPST (ang. Single Pole Single Throw) – najprostszy możliwy przełącznik z jedną parą styków.
- SPDT (ang. Single Pole Double Throw) – tzw. przełącznik jednobiegunowy, który oferuje dwie możliwe ścieżki przepływu prądu (ma wyprowadzenia COM, NO i NC).
- DPST (ang. Double Pole Single Throw) – przełącznik złożony z dwóch sprzężonych ze sobą mechanicznie (ale nie elektrycznie!) przełączników SPST.
- DPDT (ang. Double Pole Double Throw) – jak nietrudno się domyślić, DPDT to nic innego jak dwa przełączniki SPDT, wykonane we wspólnej obudowie i aktywowane synchronicznie (np. tym samym klawiszem lub dźwignią).
Warto jeszcze dodać, że przełączniki dzielą się na dwie grupy: chwilowe (tzw. monostabilne) oraz bistabilne.
Te pierwsze zmieniają konfigurację styków tylko podczas działania siły na popychacz (np. klawisz lub dźwignię), po czym wracają do domyślnego położenia styków (np. rozwarcia w przypadku styków NO). Jako przykład możemy podać włącznik dzwonka przy drzwiach – sygnał dźwiękowy (na szczęście!) rozlega się tylko do momentu, gdy nasz gość przestanie naciskać umieszczony przy drzwiach klawisz.
Przełączniki bistabilne natomiast utrzymują swoje działanie aż do momentu, kiedy użytkownik znów „podejmie odpowiednie działanie”. Przykładem mogą być wyłączniki ścienne, sterujące lampą sufitową: aby włączyć lub wyłączyć zasilanie lampy, trzeba nacisnąć dolną lub górną część klawisza, przy czym w danej pozycji może on pozostawać dowolnie długo.
Rodzaje akcji mechanicznej przełączników
Przełączniki występują w wielu odmianach, różniących się pomiędzy sobą pod względem konstrukcji mechanicznej.
Do najpopularniejszych należą przełączniki przyciskane, wyposażone w klawisz (zwykle okrągły lub kwadratowy) – dostępne są zarówno w wersjach dostosowanych do pracy z napięciem sieciowym, jak i w wykonaniach miniaturowych, przeznaczonych do pracy w niskonapięciowych obwodach, np. urządzeniach opartych na mikrokontrolerach (szczególną grupę stanowią tzw. tact swtiche, które można znaleźć na rozmaitych płytkach uruchomieniowych, modułach Arduino, nakładach Arduino Shield czy też w zestawach z serii ESP32 Devkit).
W obwodach sieciowych, w roli włączników, często stosowane są tzw. przełączniki kołyskowe, w literaturze anglojęzycznej nazywane mianem „rocker”.
Przełączniki obrotowe natomiast mają konstrukcję zbliżoną (pod względem wyglądu zewnętrznego) do potencjometru – centralnie wyprowadzona oś, współpracująca z pokrętłem, pozwala na przełączanie kolejnych konfiguracji styków poprzez obrót gałki o określony kąt.
Na rynku istnieje jednak także wiele innych rodzajów przełączników, do których można zaliczyć m.in. tak zwane „krańcówki” – wykorzystywane w maszynach CNC, drukarkach 3D itp.
