آموزش الکترونیکالکترونیک

آشنایی کامل با سوئیچ، دکمه و کلید الکتریکی

یکی از ابتدایی ترین و ساده ترین اجزای مدار سوئیچ (کلید، دکمه) است. سوئیچ ها برای کار نیاز به هیچگونه معادلات و محاسبات ندارند. عملکرد اصلی سوئیچ ها تغییر بین حالت باز و بسته است.

قبل از خواندن ادامه مطلب پیشنهاد میشود مقالات زیر را بخوانید :

سوئیچ چیست؟

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.

یک سوئیچ فقط یکی از دو حالت زیر را دارد:

  1. بسته (خاموش) : در حالت خاموش ، یک سوئیچ شبیه یک شکاف باز در مدار است و به نظر می رسد یک مدار باز است که از جاری شدن جریان جلوگیری می کند.
  2. باز (روشن) : در حالت روشن، سوئیچ مانند یک سیم کاملا رسانا (اتصال کوتاه) عمل می کند. مدار را می بندد ، سیستم را “روشن” می کند و اجازه می دهد جریان از بقیه سیستم عبور کند.
سوئیچ چیست؟ کاربرد سوئیچ
دیاگرام یک مدار با LED ، مقاومت و یک سوئیچ – وقتی سوئیچ بسته است ، جریان جاری میشود و LED می تواند روشن شود. در غیر این صورت هیچ جریانی عبور نمی کند و LED خاموش میماند.

انواع مختلفی از سوئیچ ها وجود دارد: تاگل ، چرخشی ، DIP ، دکمه فشار ، راکر ، membrane، …. هر یک از انواع سوئیچ ها مجموعه ای از ویژگی های منحصر به فرد دارند که از بقیه متفاوت است. خصوصیاتی مانند چگونگی تغییر وضعیت سوئیچ یا سوئیچ چند مدار را می تواند کنترل کند. در ادامه ، به برخی از ویژگی های اساسی سوئیچ ها اشاره خواهیم کرد.

برای یادگیری کامل آردوینو ، روی دوره آموزش آردوینو و برای یادگیری کامل الکترونیک، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

طرز کار سوئیچ و کلید

برای تغییر از یک حالت به حالت دیگر ، باید سوئیچ فعال شود . یعنی نوعی اقدام فیزیکی  برای تغییر وضعیت سوئیچ انجام شود. چگونگی عملکرد سوئیچ یکی از مشخصه های بارز آن است.

سوئیچ الکتریکی چگونه کار میکند
چند نمونه از انواع سوئیچ کلید فشاری ، راکر ، کشویی و مغناطیسی

عملکرد سوئیچ می تواند از طریق فشار دادن ، لغزاندن ، تاب دادن ، چرخش ، پرتاب ، کشیدن ، چرخاندن کلید ، گرم کردن و هر گونه عملی که باعث تغییر حالت فیزیکی سوئیچ شود، کنترل شود.

سوئیچ های لحظه ای و دائمی

همه سوئیچ ها به دسته لحظه ای یا دائمی مرتبط میشوند.

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)

نصب سوئیچ ها در مدار

همانند اکثر قطعات، پایه های سوئیچ به صورت نصب سطحی (SMD) یا حالت پایه دار (PTH) است. کلیدهای پایه دار معمولاً اندازه بزرگتری دارند. برخی ممکن است به گونه ای طراحی شوند که در یک برد بورد قرار گیرند تا نمونه سازی آسان آن آسان تر انجام شود.

مطلب پیشنهادی:  SPWM چیست؟ ساخت اینورتر موج سینوسی خالص با آردوینو
انواع دکمه های لمسی پایه دار
این دکمه های لمسی پایه دار هستند و به خوبی در بردبورد قرار می گیرند. مناسب برای نمونه سازی

سوئیچ های SMD کوچکتر از نمونه های PTH هستند و روی PCB قرار می گیرند. معمولا سوئیچ های SMD برای تحمل نیروی وارد بر سوئیچ های پایه دار ساخته نشده اند، پس به آرامی آن ها را فشار دهید.

سوئیچ های SMD در آردوینو
آردوینو Pro دارای دو کلید SMD دارد: یک سوئیچ کشویی برای کنترل برق، و یک دکمه فشاری برای تنظیم مجدد(ریست)

 

سوئیچ های نصب روی قاب : برای قرار گرفتن در خارج از محفظه طراحی شده اند و از مدل های نصبی پرطرفدار هستند زیرا چرخاندن سوئیچ در داخل محفظه دشوار است.

سوئیچ ها در قالب میتوانند از انواع مدل ها (PTH ، SMD و …) باشند.

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید
سوئیچ نصب شده روی قاب
کلید تاگل روشنایی نصب شده روی قاب

یکی دیگر از ویژگی های مهم سوئیچ  آرایش مدار داخلی یک سوئیچ است.

پل ها و حالت ها ، باز و بسته

یک سوئیچ 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 پل ها در سوئیچ تعیین می کند که سوئیچ چند مدار جداگانه را می تواند کنترل کند. بنابراین کلید تک پل ، تنها یک مدار را کنترل می کند. یک کلید چهار پل می تواند چهار 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.

نماد مداری یک کلید SPST تک پل تک حالت
نماد مداری یک کلید SPST در حالت خاموش ،یک کلید راکر دائمی پایه دار با زاویه راست  .

SPDT کلید تک پل دو حالت

یکی دیگر از کلید های پر استفاده SPDT است. SPDT ها سه پایه (ترمینال) دارند: یک پایه مشترک و دو پایه که برای اتصال به پایه مشترک هستند. SPDT ها برای انتخاب بین دو منبع تغذیه ، و هرجایی که لازم است یک ورودی به دو قسمت (با انتخاب خودمان) برود عالی هستند. اکثر کلیدهای کشویی ساده از انواع SPDT هستند. سوئیچ های SPDT معمولاً دارای سه ترمینال هستند.

نکته: با توجه به موقعیت، SPDT می تواند با متصل کردن یک حالت کلید به صورت SPST نیز عمل کند.

نماد کلید SPDT تک پل دو حالت
نماد مداری کلید SPDT و یک کلید کشویی SPDT

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.

مطلب پیشنهادی:  دانلود کتاب پارسه ماشین های الکتریکی تمامی فصل ها
کلید دو پل دو حالته DPDT
نماد مداری DPDT و یک سوئیچ راکر 6 ترمینال DPDT

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.

توجه: در نام گذاری ها S به معنی یک و D به معنی دو است.

کلید های XPYT
نماد مداری 4PDT بزرگ و یک کلید تاگل 4PDT حجیم

کلید های باز / بسته

کلید های باز و بسته در حالت طبیعی، قبل از فشرده شدن باز هستند و با فشرده شدن کلید، بسته و فعال میشوند. البته با توجه به نحوه ساخت کلید، حالت قبل از فشردن میتواند باز یا بسته بودن کلید باشد. هنگامی که یک کلید در حالت عادی باز است و زمانی که فشرده شود بسته و فعال میشود، به آن NO (به معنای Normally Open) میگویند. یعنی در حالت عادی باز است.

اگر یک کلید در حالت عادی بسته و فعال باشد و با فشردن، باز و غیرفعال شود، به آن NC (به معنای Normally Close) میگویند.

در اغلب مواقع شما با کلید های NO روبرو خواهید شد.

کلید و سوئیچ های لحظه ای

کلید های لحظه ای کلید هایی هستند که در حالت عمل (مثل فشرده شدن، نگه داشته شدن، و…) فعال و بسته هستند. و با حذف عامل عمل (مثل رها کردن)، باز و غیرفعال میشوند. کلید های لحظه ای بهترین گزینه برای دریافت ورودی های کاربر هستند مثل صفحه کلید یا دکمه ریستارت.

در اینجا نمونه هایی از کلید های لحظه ای را بررسی میکنیم.

دکمه فشاری

کلید های فشاری، نمونه ای کلید های لحظه هستند. معمولا وقتی این کلید ها را فشار میدهید، بازخوردی کاملا مناسب دارند. این نوع کلید ها دارای مدل های مختلف هستند (بزرگ، کوچک، رنگی، درخشان (وقتی دکمه را فعال کنید، LED درون آن روشن میشود.). همچنین این دکمه ها میتوانند به صورت پایه دار، نصب سطحی (SMD) یا حتی نصب روی قاب باشند.

دکمه و سوئیچ فشاری
مجموعه ای از کلیدهای دکمه ای فشاری

صفحه کلید ماتریسی

صفحه کلید ماتریسی هنگامی ایجاد میشود که تعداد زیادی از دکمه های لحظه ای مانند صفحه کلید یا کیپد ها در کنار هم قرار گرفته باشند. هر دکمه در یک سطر و ستون مشخص قرار گرفته است. برای تشخیص فشرده شدن دکمه نیازمند پردازش اطلاعات در میکروکنترلر هستیم.

صفحه کلید ماتریسی

کلید های لحظه ای همیشه نباید با فشرده شدن به سمت پایین فعال شوند. آن ها می توانند از کناره ها فشرده شوند، مانند جوی استیک ها.

تصویر جوی استیک و کلید
یک جوی استیک دایره ای، از میکرو سوئیچ برای تشخیص حرکت بالا، پایین، چپ و راست استفاده میکنند.

برخی دیگر از کلید ها مثل کلید های مغناطیسی، وقتی در محدوده میدان مغناطیسی باشند، باز یا بسته میشوند. از این کلید ها برای پروژه هایی استفاده میشود که تماس مستقیم با سوئیچ ممکن نیست.

کلید مغناطیسی ایزولاسیون
یک جفت کلید مغناطیسی بدون ایزولاسیون و با ایزولاسیون.

سوئیچ و کلید های دائمی

کلیدهای دائمی در حالت خود باقی می مانند تا در حالت دیگری قرار گیرند. کافی است به نزدیک ترین دیوار نگاه کنید تا یک کلید دائمی ببینید که چراغ های شما را کنترل می کند! کلیدهای دائمی برای تنظیم و حفظ حالت مناسب هستند، مانند روشن و خاموش کردن توان.

کلید کشویی

اگر نیاز به یک کلید روشن / خاموش ساده بدون مشکل دارید و یا به دنبال کلید سلکتور هستید، کلیدهای کشویی مناسب هستند. این کلیدها یک برآمدگی کوچک دارند که از کلید خارج شده است و به صورت کشویی در طول بدنه کلید حرکت می کند و می تواند دو یا چند وضعیت داشته باشد.

معمولاً کلیدهای کشویی را در حالت SPDT یا DPDT می بینید. ترمینال مشترک معمولاً در وسط قرار دارد و می تواند دو وضعیت داشته باشد.

مطلب پیشنهادی:  سنسور مادون قرمز چیست؟ آموزش راه اندازی حسگر IR
سوئیچ و کلید کشویی
چند نمونه از کلیدهای کشویی: یک کلید کشویی کوچک PTH ، یک کلید کشویی SMD با زاویه راست و یک کلید کشویی DPDT به صورت SMD

کلید تاگل Toggle

کلیدهای تاگل دارای یک اهرم بلند هستند که جابه جا می شوند. با حرکت آن ها به موقعیت جدید، تغییر حالت می دهند.

کلید تاگل Toggle 
کلید تاگل Toggle

کلیدهای تاگل معمولاً SPST (دو ترمینال) یا SPDT (سه ترمینال) هستند ، اگرچه می توانید آن ها را در انواع دیگر نیز پیدا کنید. معمولا ، می توانید آن ها را به صورت پایه دار، نصب روی سطح یا  به صورت نصب روی قاب بیابید.

کلیدهای DIP یا دیپ سوئیچ

کلیدهای DIP، کلیدهای پایه دار هستند که در الگوی یکسان تراشه DIP پایه دار طراحی شده اند و می توانند روی بردبورد، در وسط برد بورد، قرار گیرند.

کلیدهای DIP یا دیپ سوئیچ
کلید هشت حالته DIP برای تنظیم دستی هشت مورد

این کلیدها معمولا آرایه ای هشت تایی یا بیشتر از کلیدهای SPST، دارای اهرم های کوچک کشویی هستند. در قدیم برای محاسبات زیاد استفاده می شدند ، اما هنوز هم قابل استفاده برای تنظیم دستگاه از طریق سخت افزار هستند.

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.

کلید شستی فشاری (Latch)

دیگر کلید های دائمی

ما تعداد زیادی از انواع کلیدهای دائمی را پوشش داده ایم. کلیدهای زنجیره ای وجود دارد ، که جلوه ای عالی به پروژه شما می بخشد. سوئیچ های شبه کلید ، برای زمانی است که نمی خواهید کسی ربات شما را روشن کند. کلیدهای چرخشی شبیه کلیدهای روی مولتی متر، یک ورودی منحصر به فرد برای دستگاه ایجاد می کنند ، به ویژه زمانی که نیاز به تعداد حالات زیادی داریم.

دیگر کلید های دائمی

کاربرد سوئیچ و کلید الکتریکی

سوئیچ ها و کلید ها در انواع مختلفی از پروژه ها استفاده میشوند. در اینجا چند نمونه از کاربرد کلید ها را بیان میکنیم.

استفاده از کلید برای روشن / خاموش کردن

بدیهی ترین کاربرد کلید، کلید روشن و خاموش ساده است. شما هر وقت وارد اتاق تاریک شوید، روشن و خاموش را انجام می دهید . کلید روشن / خاموش می تواند به سادگی با یک  SPST سری با خط توان، به کار رود. معمولاً کلید روشن و خاموش مانند کلید تاگل یا کشویی ، دائمی است. ولی کلیدهای لحظه ای روشن / خاموش می توانند برای اهداف خاص باشند.

استفاده از کلید برای روشن / خاموش کردن
در منبع تغذیه این بردبورد ، یک کلید SPDT استفاده شده است تا مدار را روشن و خاموش کند (یک کلید SPDT دوم برای تغییر خروجی رگولاتور ولتاژ قابل تنظیم، استفاده شده)

هنگام استفاده از این کلید به خاطر داشته باشید تمام جریان مصرفی پروژه شما از طریق این کلید منتقل می شود. کلیدهای ایده آل ، هادی کامل هستند ، اما واقعیت این است که مقاومت کمی بین دو اتصال وجود دارد. به خاطر این مقاومت ، تمام کلیدها برای حداکثر جریان عبوری که می توانند تحمل کنند، رتبه بندی می شوند.  درصورت تجاوز کردن از ماکزیمم جریان سوئیچ  می توان انتظار ذوب پلاستیک و دود داشت.

به عنوان مثال ، این کلید کشویی SPDT برای کنترل جاری شدن جریان در پروژه های کوچک (مانند سیمونز یا مترونومس ) عالی است ، اما سعی نکنید از آن برای کنترل کردن موتور بی سیم ، یا رشته های 100 LED استفاده کنید. برای این منظور ، از  کلید تاگل 4A یا کلید لامپ  6A را استفاده کنید.

ورودی های 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:

ورودی های کاربر

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.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *