Переключатели – это устройства, в которых давление кнопки или приведение в действие рычага создает или прерывает контакт. Переключатель может иметь несколько контактных групп.
Рис. 2.38. Кнопка, кнопка для установки на печатной плате, переключатель и коммутатор
В каталогах мы найдем ряд символов, которые указывают число входных и выходных контактов компонента. Входные контакты называются полюсами (Pole, Р), выходные контакты называются направлениями (Throw, Т). Если входной/выходной контакт один, он обозначается с помощью буквы S (Single), если их два используется буква D (Double). Мы также можем иметь устройства с более чем двумя выходами/входами: в данном случае мы используем числа. Например, SP3T представляет собой устройство с одним входным контактом и тремя выходными контактами. Некоторые распространенные сокращения:
• SPST (Single Pole Single Throw): один полюс, одно направление;
• SPDT (Single Pole Double Throw): один полюс два направления (одна группа контактов);
• DPST (Double Pole Single Throw): два полюса, одно направление; устройство с двумя входными «параллельными» контактами, каждый из которых может быть подключен к выходному контакту;
• DPDT (Double Pole Double Throw): два полюса, два направления (две группы контактов);
• SPnT (Single Pole n Throw): один полюс, n направлений (коммутатор);
• mPnT (m Pole n Throw): m полюсов, n направлений (мультипереключатель).
Все эти устройства механического типа, и, даже если они сделаны с соблюдением специальных мер предосторожности для предотвращения попадания пыли и грязи, после определенного количества проделанных операций они должны быть заменены. Пружины также могут потерять свою упругость. В любом случае, продолжительность работы переключателя составляет несколько десятков или сотен тысяч операций и может превышать срок службы электронного устройства, к которому он принадлежит. В других случаях, наоборот, из-за условий использования продолжительность работы может быть значительно уменьшена: в дополнение к грязи тепло и вибрации могут значительно уменьшить срок службы этих компонентов.
Рис. 2.39. Типы переключателей
Реле
Реле представляет собой электрически управляемый переключатель, который служит для изоляции двух цепей. Цепь низкого напряжения может контролировать цепь с высокими токами или напряжениями, без образования электрического контакта между ними. Реле состоит из переключателя или группы контактов, который включается с помощью электромагнита. Чтобы создать электромагнит, достаточно обернуть проволоку вокруг металлического стержня. Подавая постоянный ток к катушке, мы вызовем формирование электромагнитного поля, которое будет замыкать электрические контакты внутри реле. Электромагниты требуют большого тока для их работы и вызывают нежелательные эффекты: когда они больше не подключены к источнику питания и реле возвращается в свое нерабочее состояние, электромагниты выпускают вторичные токи, которые также могут повредить управляющую цепь низкого напряжения.
Рис. 2.40. Реле и его символ
Существуют реле, которые имеют внутри не простой переключатель, но группы контактов. Конфигурация контактов отображается таким же образом, как и для кнопок и переключателей: SPST, SPDT, DPST, DPDT. Цоколевка, то есть расположение контактов, может быть довольно сложным, и желательно обратиться к техническому паспорту изделия. Иногда на корпусе реле мы можем найти указанное напряжение питания катушки, тип контактов и максимально допустимые токи и напряжения. Реле может переключать напряжения в сотни вольт, с большими токами, значения которых может достигать несколько десятков ампер.
Для включения реле необходима система управления, которая может быть реализована с помощью простого транзистора (позже мы подробнее это рассмотрим).
Реле обычно срабатывают за несколько десятков или сотен миллисекунд, но этого все равно недостаточно для требования современной электроники.
Особый тип реле – это герконовые реле, образованные из небольших стеклянных капсул или пластмассы, которые окружают геркон (сокращение от герметизированный контакт). Контакт производится с помощью простого электромагнита, если он приложен в правильном направлении, то переключатель будет выключен. Ртутный выключатель – это маленькая капсула, содержащая два контакта, погруженных в каплю ртути, которая выступает в качестве проводника. Если он перевернут или наклонен под определенным углом, ртуть перемещается и производит контакт. Ртутные выключатели редко используются в настоящее время.
Рис. 2.41. Герконовая капсула, взаимодействующая с магнитом и ртутный выключатель
В особых ситуациях, где необходима компактность, скорость переключения и малое энергопотребление, могут быть использованы твердотельные реле. Эти устройства фактически являются интегральными схемами, спроектированными в качестве переключателей. Они не могут быть использованы с высокими токами и напряжениями и подходят для коммутации сигналов малых амплитуд постоянного или переменного тока.
Оптоизоляторы напоминают микросхемы: содержат светодиод и фототранзистор, расположенные друг напротив друга. При включении светодиода активируется фототранзистор, который используется как переключатель. Оптоизоляторы также не используются с высокими токами. Они высоко ценятся в тех случаях, когда необходимо электрически разделить две цепи; так как между светодиодом и фототранзистором нет соединений или электрического контакта. Таким образом, существует полное разделение, что предотвращает электромагнитные помехи или нежелательный шум, поступающий от одной цепи к другой.
Для включения оптоизолятора необходимо подать светодиоду правильное напряжение и ток, подключив сопротивление от 0,5 до 1 кОм и при напряжении 5 В.
Рис. 2.42. 4N35 – это распространенный оптоизолятор: его символ и пример использования
Электродвигатель
Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Эти устройства содержат в себе магниты и электромагниты и для своей работы требуют тока определенной мощности. Простейшая модель двигателя – это двигатель постоянного тока (ДПТ), ранее он был широко распространен в кассетных магнитофонах или видеомагнитофонах, сейчас вы можете встретить его в моделировании. Внутри у него есть два элемента: статор и ротор. Подвижная часть, ротор, представляет собой электромагнит. Статор является постоянным магнитом, соединенным с корпусом двигателя. Принцип работы аналогичен принципу действия магнитов, которые притягиваются или отталкиваются в зависимости от их ориентации. Система щеток поддерживает контакт с ротором, таким образом, чтобы он всегда в контрасте со статором, таким образом, между ними присутствует сила отталкивания: именно это заставляет двигатель вращаться. Щетки касаются контактов, которые намагничивают ротор с переменной поляризацией. С помощью этого гениального механизма двигатель питается от постоянного тока.
