Spis treści:
Przyciski typu tact switch należą do bodaj najbardziej rozpowszechnionych elementów stykowych we współczesnej elektronice. Dowiedz się więcej o ich budowie i zastosowaniach.
Przyciski tact switch - „z czym to się je”?
Przyciski tact switch, nazywane także mikroprzełącznikami, to niewielkie elementy stykowe, pełniące rolę prostych przełączników chwilowych (monostabilnych). Od swoich wielokrotnie większych odpowiedników (np. przycisków montowanych w otworach, wykonanych w panelu obudowy) różnią się przede wszystkim wymaganą do zadziałania siłą nacisku na klawisz oraz parametrami elektrycznymi (napięciem i prądem maksymalnym), jednak ich zasada działania jest identyczna, jak w przypadku wszystkich klasycznych przełączników ze stykami normalnie otwartymi (NO). W stanie spoczynkowym styki przełącznika pozostają rozwarte – prąd nie płynie zatem w obwodzie, a pomiędzy wyprowadzeniami przycisku panuje pełne napięcie zasilania współpracującego układu elektronicznego (np. 5 V).
Po naciśnięciu niewielkiego popychacza (klawisza) styki zostają zwarte, co umożliwia przepływ prądu z minimalnym wręcz oporem – rezystancja prawidłowo zastosowanego przycisku, przynajmniej przez długi czas od jego instalacji, pozostaje minimalna i wynosi zwykle około stu miliomów (czyli 0,1 Ω).
Budowa przycisków typu tact switch
Wbrew pozorom, mikroprzełączniki mają dosyć złożoną budowę wewnętrzną i same w sobie stanowią doskonały przykład zaawansowania współczesnej mechaniki precyzyjnej. Nawet najmniejsze przełączniki typu tact switch (określane także mianem microswitch) składają się z następujących elementów:
- Obudowy – zewnętrzna obudowa tact switcha jest zwykle wykonana z twardego, odpornego na temperatury lutowania tworzywa sztucznego, „wspieranego” zazwyczaj przez obejmę lub płytkę z cienkiej blachy metalowej. Obudowa zapewnia odpowiednią ochronę znajdujących się wewnątrz styków, a często umożliwia także poprawę stabilności mechanicznej połączenia komponentu z płytką drukowaną – zwłaszcza w przypadku wersji przeznaczonych do montażu powierzchniowego (SMD).
- Przycisk (klawisz) – jest to niewielka, wysunięta ponad obudowę część, którą użytkownik naciska bezpośrednio (co jednak zdarza się głównie w płytkach ewaluacyjnych i modułach deweloperskich, np. Arduino) lub poprzez klawisz, zamontowany w obudowie urządzenia (takie rozwiązanie jest spotykane m.in. w telefonach komórkowych). Popychacz może mieć różne kształty i rozmiary, w zależności od specyfiki danego modelu. Niektóre tact switche mają przycisk wyprowadzony na zewnątrz obudowy, inne posiadają dodatkowy element (nakładkę), który można dostosować do specyficznych wymagań projektu (kolor, kształt, rozmiar, etc.).
- Sprężyna – element ten, mający postać sprężystej blaszki o wypukłym kształcie, w tact switchu odgrywa kluczową rolę: nie tylko zapewnia odpowiednie wrażenia dotykowe (i dźwiękowe) podczas naciskania przycisku, ale przede wszystkim pełni rolę styku, zwierającego obydwa wyprowadzenia lub pary wyprowadzeń mikroprzełącznika. Po zwolnieniu przycisku, sprężyna powoduje powrót przycisku do jego pierwotnej pozycji i jednocześnie rozwiera obwód.
- Styki – w wysokiej jakości przełącznikach styki są zazwyczaj pokrywane metalem o dużej przewodności elektrycznej, jak np. srebro lub złoto – markowe mikroprzełączniki potrafią przetrwać nawet milion cykli łączeniowych (naciśnięć), co jest nie lada wyzwaniem dla tych niewielkich elementów elektromechanicznych.
- Wyprowadzenia lutownicze – to nic innego, jak końcówki drutowe (w przypadku wersji do montażu przewlekanego, czyli THT) lub płaskie elementy w postaci niewielkich blaszek (w przypadku wersji SMD), służące do zamocowania przycisku na płytce drukowanej. Zapewniają one zarówno mechaniczną stabilizację komponentu, jak i elektryczne połączenie styków z resztą obwodu.
Najważniejsze parametry mikroprzełączników
Znajomość parametrów katalogowych przełączników typu tact switch jest kluczowa dla prawidłowego stosowania tych komponentów we własnych projektach. Dwa najważniejsze parametry to rzecz jasna maksymalne napięcie robocze (zwykle nie większe, niż 12…24 V) oraz natężenie prądu (w wielu katalogach spotykamy się z wartościami rzędu 50 mA). Z obciążeniem elektrycznym styków związany jest kolejny, bardzo ważny parametr – liczba cykli pracy, która określa zdolność elementu do „przetrwania” danej liczby naciśnięć. Wartości te mogą sięgać nawet milionów cykli – warto wiedzieć, że parametr ten jest zwykle ograniczony przez zużycie elektryczne, choć awaria w wyniku bardzo intensywnego użytkowania może nastąpić także poprzez mechaniczne zmęczenie materiału sprężyny.
Producenci mikroprzełączników określają ponadto wartość siły, którą należy przyłożyć do klawisza przełącznika w celu zwarcia styków. Wartości te zazwyczaj wynoszą kilkadziesiąt do stu kilkudziesięciu gramów i zależą od modelu przełącznika oraz jego szczegółów konstrukcyjnych. Natomiast skok przycisku to odległość, jaką klawisz pokonuje podczas jednego naciśnięcia. W praktyce, dla tact switchy, wartości te rzadko przekraczają 1 mm.
W przypadku instalacji przemysłowych czy też urządzeń przenośnych ważnym parametrem jest zakres temperatur, w których przełącznik może prawidłowo funkcjonować. Dla większości modeli, przedział ten wynosi od -25 do +70 stopni Celsjusza, choć wysokiej jakości przełączniki przemysłowe mogą znieść znacznie szerszy rozrzut temperatur.
Warto zwrócić uwagę również na wspomnianą wcześniej rezystancję styków. O ile bowiem klasyczne microswitche i tak nie mogą przewodzić prądów przekraczających kilkadziesiąt miliamperów, to niska rezystancja ma bardzo duże znaczenie dla obwodów sygnałowych (analogowych) – jeżeli przycisk ma pracować w układzie zawierającym np. czułe wzmacniacze, to nawet ułamek oma może w niektórych sytuacjach wprowadzać zauważalne błędy pomiarowe bądź inne zaburzenia – warto pamiętać o tym, stosując tact switche do bezpośredniego przełączania słabych sygnałów.
Zastosowania mikroprzełączników w układach prototypowych (i nie tylko)
Mikroprzełączniki są niezwykle popularne w segmencie rynku elektroniki prototypowej – można je dziś znaleźć na niezliczonych płytkach głównych i nakładkach Arduino, modułach komunikacyjnych (np. ESP32), zestawach ewaluacyjnych dla mikrokontrolerów i FPGA, nakładkach Raspberry Pi Hat oraz wielu innych. W przypadku obwodów montowanych na płytkach stykowych najczęściej stosowane są microswitche w obudowach przewlekanych w rozmiarze 6×6 mm, choć nie jest to wyjątek – także znacznie większe mikroprzełączniki zwykle pasują rozstawem wyprowadzeń do pól kontaktowych w płytkach prototypowych. Mikroprzełączniki można także bardzo łatwo obsłużyć za pomocą Arduino – wystarczy bowiem podłączyć jedno z wyprowadzeń przycisku do masy układu, a drugie – rezystorem podciągającym o wartości z przedziału 1..100 kΩ do dodatniej szyny zasilania (zwykle +5 V, w niektórych wersjach specjalnych +3.3 V). Wspólny węzeł zawierający końcówkę przycisku oraz rezystora należy natomiast spiąć z dowolną linią cyfrową lub analogową Arduino – odczyt stanu będzie możliwy po skonfigurowaniu danej linii I/O jako wejście (funkcja pinMode()), a następnie sprawdzeniu aktualnego poziomu logicznego za pomocą funkcji digitalRead().
Tact switche są także szeroko rozpowszechnione w urządzeniach konsumenckich – od smartfonów i smartwatchy, poprzez sprzęt RTV i AGD, aż po panele operatorskie systemów alarmowych, kontrolerów HVAC czy urządzeń komputerowych (drukarek, skanerów, urządzeń wielofunkcyjnych, routerów, switchy sieciowych, etc.). Jednym słowem – można je znaleźć wszędzie tam, gdzie w obudowie urządzenia znajduje się jeden lub więcej niewielkich przycisków, pracujących z wyczuwalnym skokiem (efekt „kliknięcia” po wciśnięciu klawisza).
