Книга Электроника для начинающих, страница 18 – Паоло Аливерти

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 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

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.