کلید ها و سوئیچ های پر کاربرد در الکترونیکی

ضروری ، پرکاربرد و متنوع ، سه واژه مناسب برای توصیف کلید ها و سوئیچ ها در مدار است . این قطعه ضروری در دستگاه های الکترونیکی مختلف و سیستم های کنترلی به کاربران این اجازه را می‌دهند که دستگاه ها را روشن یا خاموش، یا تنظیمات را کنترل و یا اقدامات خاصی را آغاز کنند.

همانطور که گفتیم سوئیچ ها متنوع هستند و در مدل های مختلفی تولید می شوند و ما باید برای انتخاب و خرید کلید سوییچ ها از فروشگاه قطعات و لوازم الکترونیکی  مواردی رو مانند جا و فضا و مقدار آمپر و ولتاژی که سیستم متحمل میشود را مد نظر قرار دهیم .

ما در اینجا می خواهیم در مورد کلید ها و سوئیچ های پر کاربرد در الکترونیک صحبت کنیم تا شما رو در انتخاب و استفاده از مناسب ترین گزینه راهنمایی کنیم پس در ادامه همراه ما باشید .

کلید ها و سوئیچ ها از نظر عملکرد

سوئیچ المانی است که باز و بسته بودن مدار الکتریکی را کنترل می کند که امکان جاری شدن جریان در مدار را فراهم می کنند (بدون اینکه وارد مدار شوید و سیم ها را به صورت دستی برش دهید یا جدا کنید). سوئیچ ها قطعات حیاتی مدار هستند که نیاز به تعامل یا کنترل توسط کاربر دارند.

همه سوئیچ ها از نظر عملکرد به دو دسته زیر تقسیم می شوند :

سوئیچ های دائمی : مانند کلید های روشنایی روی دیوار شما، در یک وضعیت می مانند تا زمانی که در حالت جدیدی قرار گیرند و سپس در حالت جدید می مانند تا اینکه به روی حالت دیگر قرار گیرند. به این سوئیچ ها ممکن است سوئیچ های تاگل یا روشن / خاموش نیز گفته شود.

سوئیچ های لحظه ای : تنها زمانی که فعال هستند (مثلا فشار داده شوند) عمل می کنند. اگر فعال نشده باشند ، در حالت “خاموش” باقی می مانند. احتمالاً یک (یا 50) سوئیچ لحظه ای دقیقاً جلوی خود گرفته اید (دکمه های کیبورد).

اما از نحوه عملکرد کلید ها بگذریم و به انواع پرکاربرد کلید سوئیچ ها در الکترونیک بپردازیم .

نصب سوئیچ و کلید الکترونیک در مدار

همانند بسیاری از قطعات، پایه‌های کلید به صورت نصب سطحی (SMD) یا حالت پایه دار است. کلیدهای پایه‌دار معمولا سایز بزرگتری دارند. برخی ممکن است برای قرار گرفتن روی برد بورد برای نمونه سازی آسان طراحی شده باشند.
کلیدهای SMD کوچکتر از PTHها هستند و روی PCB قرار می‌گیرند. معمولا کلیدهای SMD برای تحمل نیروی وارد بر کلیدهای پایه‌دار ساخته نشده‌اند. پس با آرامش با این نوع کلید ها رفتار کنید.
کلیدهای نصب روی قاب (Panel mount switches) برای قرارگیری بیرون محفظه طراحی شده است.

انواع کلید ها و سوئیچ های پر کاربرد در الکترونیکی

DIP Swiches (سوئیچ های دیپ):

یکی از کلید ها و سوئیچ های پر کاربرد در الکترونیک ، دیپ سوئیچ ها می باشند. این قطعات بیشتر برای تعریف کردن عملکردهای مختلف و برنامه ریزی و تنظیمات بردهای الکترونیکی به صورت دستی مورد استفاده قرار می‌گیرند. عمده‌ ترین کاربرد این سوئیچ‌ ها برای شبیه سازی یا سیمولیشن می‌ باشد، مثلا در مدارات میکروکنترلری جهت صفر و یک کردن پایه ها، و آدرس دهی به پایه های دیجیتال به صورت دستی استفاده می‌شود، در مواردی هم از آنها برای تست ورودی و خروجی یک برد الکترونیکی استفاده می‌‌کنند. نکته بسیار مهمی که در خصوص کار با این سوئیچ‌ ها باید مد نظر قرار دهید این است که اگر قصد تغییر وضعیت آنها را دارید، باید وضعیت کنونی آنها را قبل از اعمال تغییرات یادداشت کنید تا بعد از انجام پروسه مورد نظرتان بتوانید آن را به حالت اصلی خود باز گردانید.

Magnet Switch مگنت سوئیچ:

این نوع سوئیچ که Reed Swith هم در بعضی جاها گفته می شود بر اساس حوضه مغناطیسی و القایی کار می کند، در سیستم های کنترل و ایمنی و خیلی جاها می تواند مورد استفاده قرار گیرد مثلا کاربرد آن در ساختمان ها برای باز یا بسته بودن در و پنجره ها. و از نوع رد رله آن در ساختار سنسورهای سطح مخازن یا خن کشتی ها بکار میرود به این صورت که یک آهنربای حلقوی دور رد رله شناور است و بر اثر پایین و بالا رفتن سطع مایع، آهنربا نیز بالا و پایین رفته و وقتی به قسمت کنتاکت ها رسید، آنها را جذب می کند و در نتیجه کنتاکت ها اتصال پیدا می کنند.

Rocker Switches (سوئیچ های راکر):

سوئیچ راکر نوعی سوئیچ است که با حرکت الاکلنگی یک یا چند نوار فلزی که در دو سر آن پلاتین قرار گرفته مدار الکتریکی را قطع و وصل میکند. سوئیچ های راکر بسیار محبوب و رایج هستند و در انواع مختلفی از دستگاه ها، از کنسول های بازی های ویدئویی گرفته تا ابزارهای پزشکی، صنعتی و لوازم خانگی یافت می شوند؛ در کلید راکر دو جز اصلی وجود دارد، جزء اول یک محرک است که بر روی یک محور نصب شده است که به آن اجازه می دهد تا با حرکت الاکلنگی مدار را قطع و یا وصل نماید. دومین جزء سوئیچ راکر کنتاکت‌ها یا همان پلاتین ها هستند. این وضعیت پلاتین هاست که تعیین می‌کند که سوئیچ روشن است یا خاموش.این کلید ها بیشتر برای قطع و وصل کردن ولتاژ های بالا، همانند تغذیه 220 دستگاه ها کاربرد دارد.

Pin Switch پین سوئیچ:

یکی دیگر از سوییچ های پرکاربرد الکترونیکی ، پین سوئیچ نام دارد . پین سوئیچ از دو قسمت ثابت و متحرک ساخته شده است، قسمت متحرک آن بر اثر فشار بر آن حرکت می کند و در مکانیزم آن فنر نیز بکار رفته است ، یکی از کاربردهای آن در خودرو است که وقتی درب ها بسته هستند روی قسمت متحرک فشار هست و درنتیجه دو قسمت سوئیچ از هم جدا هستند و اتصال برقرار نیست ، زمانیکه درب باز شود، فشار هم از روی قسمت متحرک برداشته می شود و قسمت متحرک به قسمت ثابت اتصال پیداکرده و از آنجا که معمولا برق بدنه خودرو منفی باطری هم هست لذا برق منفی از طریق سیمی که به این سوئیچ وصل است به روشنایی اتاق خودرو میرسد و لامپ ها روشن می شوند.

Pushbutton پوش باتون:

سوئیچ های فشاری از دو قسمت مکانیکی و الکتریکی ساخته شده اند، در ساختار مکانیکی فنر برگرداننده و در بعضی از آنها نیز مکانیزم قفل حالت سوئیچ به کار رفته است. قسمت الکتریکی آن شامل یک یا چند کنتاکت قطع و وصل است . این کنتاکت ها دوحالت دارند، یا در حالت عادی باز هستند و یا بسته، اگر در حالت عادی باز باشند سوئیچ فشار داده شود، کنتاکتها بسته می شوند و اگر در حالت عادی بسته باشند، بعد از فشاردادن باز می شوند. از موارد استفاده این سوئیچ ها ( نوع بدون مکانیزم قفل حالت سوئیچ )در تابلوهای برق و کنترل و استارت و استاپ دستگاه های گوناتگون و …. می باشد. از نوع دارای مکانیزم قفل حالت سوئیچ نیز در دستگاه ها به عنوان روشن و خاموش کردن استفاده می گردد مثل کلید های تلویزیون های قدیمی تر. موقع انتخاب این سوئیچ ها حالت پیشفرض کنتاکت ها توجه می شود که باز هستند یا بسته و به نسبت نیاز انتخاب می گردند ضمن اینکه به قدرت تحمل جریان برق کنتاکت های سویئچ نیز باید توجه خاص گردد.

Slide Switches (سوئیچ های کشویی):

این سوئیچ از یک شاخص مکانیکی و کنتاکت های فنری ساخته می شود، مکانیزم آن مشخص می کند که سوئیچ در چه وضعیتی است ، این سوئیچ از دو پایه تا چندین پایه می تواند برخوردار باشد. کاربرد این سوئیچ ها بیشتر در سیستم های صوتی تصویری و دستگاه هایی است که قطع و وصل کردن تغذیه آن ها با ولتاژ و جریان کم صورت بگیرد، مانند دستگاه های کنترل از راه دور، و ابزارهای الکترونیکی کوچک و قابل حمل. موقع انتخاب این نوع سوئیچ در نظر داشته باشید که از این سوئیچ به جز انواعی که برای تعیین برق 220 یا 110 ولت در پشت دستگاه ها استفاده می گردد، به علت عدم تحمل جریان بالا و مکانیزم ساخت، بهتر است در مدارات ولتاژ بالای 50 ولت استفاده نگردد؛ و در صورت استفاده به مقدار آمپر و ولتاژی که قرار است از این سوئیچ عبور کند توجه ویژه گردد.

Rotary Switch رتوری سوئیچ:

روتاری سوئیچ (Rotary Switch) یا سوئیچ چرخشی، یک نوع سوئیچ الکتریکی است که با چرخش یک دسته یا اهرم، مدارات الکتریکی را وصل یا قطع می‌کند. روتاری سوئیچ‌ها در انواع مختلفی موجود هستند و می‌توانند برای کنترل طیف گسترده‌ای از عملکردها استفاده شوند.

رتوری سوئیچ ها در دو مدل دو موقعیتی و چند موقعیتی موجود هستند .

روتاری سوئیچ‌های دو موقعیتی: این نوع سوئیچ‌ها تنها دو موقعیت دارند، یعنی وصل یا قطع.

روتاری سوئیچ‌های چند موقعیتی: این نوع سوئیچ‌ها بیش از دو موقعیت دارند و می‌توانند برای کنترل چندین عملکرد مختلف استفاده شوند.

روتاری سوئیچ‌های چند موقعیتی، بر اساس تعداد موقعیت‌های خود، به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

روتاری سوئیچ‌های سه موقعیتی: این نوع سوئیچ‌ها سه موقعیت دارند، یعنی وصل، قطع و حالت خنثی.

روتاری سوئیچ‌های چهار موقعیتی: این نوع سوئیچ‌ها چهار موقعیت دارند، یعنی دو حالت وصل و دو حالت قطع.

روتاری سوئیچ‌های پنج موقعیتی: این نوع سوئیچ‌ها پنج موقعیت دارند، یعنی سه حالت وصل و دو حالت قطع.

اسنپ سوییچ، کلیدهای حد:

سوئیچ‌های اسنپ اکشن که معمولاً به عنوان سوئیچ‌های محدود نیز شناخته می‌شوند، از آمپر و ولتاژهای گوناگون برخوردارند و در انتخاب آنها گذشته از شکل آن که تناسب به کار و دستگاه داشته باشد، باید به تحمل جریان برقی که از کنتاکت های آن خواهد گذشت نیز توجه خاص گردد. مکانیزم سوئیچ بسیار دقیق و حساس است طوری که با کمترین فشار سریعترین قطع و وصل را دارا می باشند و هنگام فعال شدن، پاسخ‌های سریع و قابل اعتمادی را ارائه می‌دهند. این سوئیچ ها برای کاربردهای حیاتی ایمنی در جایی که نیاز به اقدام دقیق و فوری است طراحی شده اند. این نوع کلید‌ در انواع و اشکال مختلف ساخته می‌شوند که از آن جمله می‌توان به انواع فشاری، غلطکی و سوزنی اشاره کرد. آنها اغلب در در اتوماسیون صنعتی، CNC و تجهیزات مکانیکی، درب های اتوماتیک و آسانسورها که نیاز است به صورت فیزیکی و اتوماتیک مشخص شود محل قرار گیری در کجا می باشد، کاربرد دارند.

Toggle Switch تاگل سوئیچ:

کلیدهای تاگل دارای یک اهرم بلند هستند که جابجا می‌شوند. با حرکت آن‌ها به موقعیت جدید، کلیدهای تاگل تغییر حالت می‌دهند. این سوئیچ در شکل های متنوع و همچنین با تحمل جریان متفاوت وجود دارد، میتواند فقط 2 پایه یا 9 پایه یا بیشتر داشته باشد، ضمن اینکه میتواند 2 حالته یا 3 حالته باشد، این نوع سوئیچ در آمپرهای بالا مثل 10 آمپر نیز ساخته می شود لذا برای انتخاب آن گذشته از شکل آن، تحمل جریان کنتاکت های آن مد نظر قرار می گیرد.

کلید شستی فشاری (Latch):

تمام کلیدهای فشاری لحظه ای نیستند. برخی کلیدهای فشاری وضعیت خود را تا زمانی که دوباره فشرده شوند حفظ می کنند. به عنوان مثال این کلیدهای استامپ روی پدال های گیتار مشاهده می شوند.

دکمه فشاری لحظه ای:

کلید های دکمه فشاری، کلید های لحظه‌ای کلاسیک هستند. در همه مدل موجودند: بزرگ، کوچک، رنگی، درخشان (زمانی که یک LED درون دکمه می‌درخشد). ممکن است به صورت پایه‌دار، نصب سطحی یا حتی نصب روی قاب باشند.

کلید لحظه‌ای جویستیک:

کلیدهای لجظه‌ای نباید همیشه با فشرده شدن به سمت پایین فعال شوند. آن‌ها می‌توانند از پهلو فشرده شوند، مانند حرکت در بعضی جویستیک‌ ها.

یک جویستیک دایره‌ای از میکروسوئیچ، برای تشخیص حرکت بالا، پایین، چپ و راست استفاده می‌کند. یک کلید خیلی کوچک نصب سطحی 5 جهته (بالا، پایین، چپ، راست و فشردن به سمت پایین).

کلید های مغناطیسی:

کلید های مغناطیسی وقتی در معرض حضور میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، باز یا بسته می‌شوند.

پل‌ها و حالت‌ها، باز و بسته

یک سوئیچ الکترونیک باید حداقل دارای دو ترمینال باشد ، یکی برای وارد شدن جریان (به طور بالقوه)، و یکی برای خارج شدن (به طور بالقوه). این ساده ترین نسخه یک سوئیچ را توصیف می کند. در اغلب اوقات ، سوئیچ بیش از دو پایه دارد. بنابراین چگونه همه ترمینال ها با عملکرد داخلی سوئیچ در یک خط قرار می گیرند؟ این جایی است که دانستن تعداد پل و حالت، ضروری است.
تعداد پل‌ها در کلید تعیین می‌کند کلید چند مدار جداگانه را می‌تواند کنترل کند. بنابراین کلید تک پل تنها یک مدار را کنترل می‌کند. یک کلید 4 پل می‌تواند 4 مدار متفاوت را به طور جداگانه کنترل کند.
تعداد حالات بیان می کند که یک کلید می تواند چند وضعیت داشته باشد. به عنوان مثال ، اگر یک کلید دارای دو حالت باشد ، هر مدار (پل) موجود در کلید می تواند به یکی از دو ترمینال متصل شود.

با دانستن اینکه هر کلید چند پل و اتصال دارد ، می توان به طور خاص طبقه بندی انجام داد. معمولاً کلیدها یا به صورت “تک پل ، تک حالت” یا “تک پل ، دو حالت” یا “دو پل ، دو حالت” تعریف می شوند ، که به اختصار به ترتیب SPDT، SPST و DPDT هستند.

SPST کلید تک پل تک حالت

یک کلید تک پل ، تک حالت ( SPST ) ساده ترین حالت کلید است یک ورودی و یک خروجی دارد. سوییچ بسته خواهد شد یا کاملاً قطع خواهد شد. SPST ها برای کلیدهای روشن و خاموش عالی هستند. همچنین آن ها یک شکل بسیار معمول از سوئیچ های لحظه ای هستند. سوئیچ های SPST فقط به دو ترمینال نیاز دارند.

کلید SPDT

یکی دیگر از کلیدهای معمول، کلید نوع SPDT است. SPDTها سه پایانه دارند. یک پایه مشترک و دو پایه که برای اتصال به پایه مشترک هستند. SPDTها برای انتخاب بین دو منبع توان و هر جایی که لازم است از یک ورودی به دوجا با انتخاب ما بره مناسب هستند. اکثر کلیدهای کشویی ساده از انواع SPDT هستند. کلید SPDTهای معمولا باید سه پایه باشند.

نکته : بسته به موقعیت، SPDT می‌تواند با متصل کردن یک حالت کلید به صورت SPST نیز عمل کند.

DPDT کلید دوپل دو حالته

افزودن یک پل به SPDT، کلید دوپل دو حالته (DPDT) را می سازد. در واقع کلید DPDT، دو کلید SPDT است که میتواند دو مدار جداگانه را کنترل کند. اما دو مدار توسط یک محرک کنترل میشوند. DPDT ها شش ترمینال دارند.

کلید XPYT

کلید های دارای بیش از دو پل یا حالت خیلی پراستفاده نیستند اما وجود دارند (اغلب دارای شکل های عجیب و غریب و اتصالات پیچیده هستند). در کلید های قبلی یک یا دو پل و حالت داشتیم. تعداد آن به اختصار گفته میشد. برای کلید های دیگر عدد بیان میشود. به طور مثال کلیدی که چهار پل و دو حالت داشته باشد به شکل 4PDT نوشته میشود.

کاربرد کلید ها و سوئیچ ها

استفاده از کلید برای خاموش/روشن کردن

بدیهی‌ترین کاربرد کلید، کلید روشن و خاموش ساده است. شما هروقت وارد اتاق تاریک می‌شوید، روشن و خاموش را انجام دهید. کلید روشن/خاموش می‌تواند به سادگی با یک SPST سری با خط توان به کار رود. معمولا کلید روشن/خاموش مانند کلید تاگل یا کشویی، دائمی است. ولی کلیدهای لحظه ای روشن/خاموش می‌توانند برای اهداف خاص باشند.
هنگام استفاده از این کلید به خاطر داشته باشید تمام جریان مصرفی پروژه شما از طریق این کلید منتقل می‌شود. یک کلید ایده آل یک هادی کامل است، اما واقعیت این است که مقاومت کمی بین دو اتصال وجود دارد. بخاطر این مقاومت، تمام کلیدها برای حداکثر جریان عبوری که می‌توانند تحمل کنند، رتبه‌بندی می‌شوند.در صورت تجاوز کردن از ماکزیمم جریان کلید، می‌توان انتظار ذوب پلاستیک و دود داشت.

استفاده از کلید برای گرفتن ورودی از کاربر

ورودی کاربر یکی از کاربردهای رایج کلیدهاست . به عنوان مثال ، اگر می خواهید یک کلید را به پایه ​​ورودی میکروکنترلر وصل کنید ، یک مدار ساده مانند شکل زیر نیاز دارید:

وقتی کلید باز است ، پایه میکروکنترلر از طریق مقاومت به 5 ولت وصل است. وقتی کلید بسته است ، به طور مستقیم به زمین وصل می شود. مقاومت در این مدار یک مقاومت کششی است که اطمینان می دهند منبع توان و زمین اتصال کوتاه نشوند.