Электронные выключатели и переключатели, реле времени (К561ТМ2, CD4060)

Рассмотрено 6 принципиальных схем самодельных электронных выключателей и реле времени, выполненных на основе микросхем К561ТМ2 и CD4060, описана их работа и возможности по применению. В настоящее время в радиоэлектронной аппаратуре, в основном, электронные выключатели, либо и электронный и механический.

Электронный выключатель управляется обычно одной кнопкой, — одно нажатие, и аппарат включен, при следующем нажатии -выключен. Реже бывают с двумя кнопками, — одна для включения, вторая для выключения.

Электронный выключатель в радиоэлектронной аппаратуре в подавляющем большинстве случаев входит в состав контроллера управления, управляющего и другими функциями аппарата.

Но, если нужно оборудовать электронным выключателем какое-то устройство, самодельное или у которого не предусмотрен электронный выключатель, это можно по одной из приводимых здесь схем, на основе микросхемы КМОП-логики и мощного полевого ключевого транзистора.

Выключатель управляемый одной кнопкой

Первая схема простого выключателя, управляемого одной кнопкой приведена на рисунке 1. Мощный полевой транзистор VТ1 выполняет функции электронного ключа, а управляет им D-триггер микросхемы К561ТМ2.

Данная схема, как и все последующие, потребляет минимальный ток, измеряемый единицами микроампер, и поэтому, практически не оказывает влияния на расход источника питания.

Рис. 1. Схема простого электронного выключателя, управляемого одной кнопкой.

Для того чтобы в момент подключения источника питания нагрузка не включилась сама здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние.

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку не поступает.

При этом, на инверсном выходе триггера будет напряжение логического нуля. Оно через резистор R3, с небольшой задержкой, поступает на вход «D» триггера.

Теперь, при нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в логический нуль.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку поступает питание.

Теперь на инверсном выходе триггера -единица. Эта единица, с небольшой задержкой, через резистор R3 поступает на вход «D» триггера.

Теперь, при следующем нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в единицу. Единица на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 падает до величины, недостаточной для открывания полевого транзистора VТ1. Нагрузка выключается.

Электронный переключатель двух нагрузок

Но не всегда требуется именно выключатель, бывает что нужен переключатель. На рисунке 2 показана схема электронного переключателя двух нагрузок. Главное отличие от схемы на рис.1 в том, что здесь два мощных полевых транзистора.

Для того чтобы в момент подключения источника питания схема устанавливалась в одно известное положение, то есть, в данном случае, нагрузка 1 выключена, нагрузка 2 включена, здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние. То есть, на его прямом выходе — единица, на инверсном — ноль.

При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, питание на нагрузку 1 не поступает. А напряжение между истоком и затвором транзистора VТ2 будет достаточным для его открывания, и транзистор откроется, поступит питание на нагрузку 2.

Рис. 2. Схема простого самодельного электронного переключателя двух нагрузок.

При этом, нуль с инверсного выхода триггера через резистор R3, с небольшой задержкой, поступает на вход «D» триггера. Теперь, при нажатии кнопки S1 на вход «С» триггера поступает от кнопки импульс и триггер устанавливается в то состояние, которое имеет место на его входе «D», то есть, в данный момент, в логический нуль.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ 1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку 1 поступает питание.

Но транзистор VТ2 при этом закрывается, и нагрузка 2 выключается. Таким образом, при каждом нажатии кнопки S1 происходит переключение нагрузок.

Несколько слов, о назначении цепи C2-R3 в схемах на рис.1 и рис.2. Дело в том, что кнопка -это механические контакты, которые соединяются механически, и здесь практически не возможно обойтись без дребезга контактов. И чем больше износ кнопки, тем сильнее проявляется дребезг её контактов.

Поэтому, как при нажатии кнопки, так и при её отпускании, может формировать не один импульс, а целая серия коротких импульсов. И это может привести к многократному переключению триггера, и в результате, установке его в произвольное состояние. Чтобы такого не происходило здесь есть цепь C2-R3.

Она несколько задерживает приход логического уровня с инверсного выхода триггера на его вход «D». Поэтому, пока длится дребезг контактов, напряжение на входе «D» не меняется, и импульсы дребезга на состояние триггера не влияют.

Выключатель с двумя кнопками

Как уже отмечено выше, электронные выключатели бывают как с одной кнопкой, так и с двумя, — одна для включения, другая для выключения. На рисунке 3 показана схема именно выключателя.

Рис. 3. Схема электронного выключателя нагрузки с двумя кнопками.

Здесь точно так же, мощный полевой транзистор VТ1 выполняет функции электронного ключа, а управляет им триггер микросхемы К561ТМ2. Только работает он не как D-триггер, а как RS-триггер. Для этого его входы «С» и «D» соединены с общим минусом питания (то есть, на них всегда логические нули).

Для того чтобы в момент подключения источника питания нагрузка не включилась сама здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние.

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VT1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку не поступает.

Для включения нагрузки служит кнопка S1. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT1.

На нагрузку поступает питание. Для того, чтобы выключить нагрузку нужно нажать кнопку S2. При её нажатии триггер переключается в положение «S», то есть, на его прямом выходе устанавливается логическая единица.

Единица на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 падает до величины, недостаточной для открывания полевого транзистора VT1. Нагрузка выключается.

Две кнопки и две нагрузки

Электронный переключатель с двумя кнопками работает логичнее однокнопочного, во всяком случае понятно, что одна кнопка включается одну нагрузку, а другая — другую нагрузку. На рисунке 4 показана схема двухкнопочного электронного переключателя двух нагрузок.

Рис. 4. Схема электронного переключателя с двумя кнопками для двух нагрузок.

Для того чтобы в момент подключения источника питания схема устанавливалась в одно известное положение, то есть, в данном случае, нагрузка 1 выключена, нагрузка 2 включена, здесь имеется цепь C1-R2, которая при подаче питания триггер устанавливает в единичное состояние. То есть, на его прямом выходе — единица, на инверсном — ноль.

При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VT1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 1 не поступает.

А напряжение между истоком и затвором транзистора VT2 будет достаточным для его открывания, и транзистор откроется, поступит питание на нагрузку 2. Для включения нагрузки 1 служит кнопка 51. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VT1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT1. На нагрузку поступает питание.

При этом, на инверсном выходе триггера присутствует логическая единица. Напряжение между истоком и затвором транзистора VT2 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 2 не поступает.

Для включения нагрузки 2 служит кнопка 52. При её нажатии триггер переключается в положение «S», то есть, на его инверсном выходе устанавливается логический ноль. Логический нуль на затворе VT2 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VT2 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VT2.

На нагрузку 2 поступает питание. При этом, на прямом выходе триггера присутствует логическая единица. Напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор остается закрытым, — питание на нагрузку 1 не поступает.

Электронное реле времени

Но понадобиться могут не только выключатели и переключатели, но реле времени. На рисунке 5 показана схема электронного реле времени, которое включает нагрузку при нажатии кнопки S1, а выключает её примерно через 30 секунд.

Рис. 5. Схема электронного реле времени для включения нагрузки при нажатии кнопки и выключения через 30 секунд.

Реле времени запускается кнопкой S1. При её нажатии триггер переключается в положение «R», то есть, на его прямом выходе устанавливается логический ноль.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ 1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку поступает питание.

В то же время, логическая единица с инверсного выхода начинает через резистор R2 медленно заряжать конденсатор С1. Время включенного состояния нагрузки истекает тогда, когда конденсатор С1 зарядится до напряжения, которое будет понято микросхемой как логическая единица. Тогда триггер установится в состояние «S».

То есть, на его прямом выходе — единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор закроется, -питание на нагрузку выключится. Время включенного состояния нагрузки зависит от цепи C1-R2.

Реле времени на 8 часов

Изменением составляющих этой цепи можно изменять это время в широких пределах, но очень большого времени выдержки достигнуть сложно. На рисунке 6 показана схема реле времени на цифровой микросхеме, время включенного состояния нагрузки в котором составляет около 8 часов.

Рис. 6. ЁПринципиальная схема реле времени на цифровой микросхеме, которое включает нагрузку на 8 часов.

Реле времени запускается кнопкой S1. При её нажатии счетчик микросхемы D1 переключается в нулевое состояние, то есть, на всех его выходах устанавливается логический ноль, в том числе и на самом старшем выходе D14. Откуда он поступает на затвор VТ1.

Логический нуль на затворе VТ1 приводит к тому, что напряжение между истоком и затвором VТ1 возрастает до величины, достаточной для открывания полевого транзистора VТ1. На нагрузку поступает питание.

Далее, счетчик начинает отсчитывать время, считая импульсы, которые вырабатывает его встроенный мультивибратор. Спустя заданное время на выводе 3 устанавливается логическая единица. При этом, напряжение между истоком и затвором транзистора VТ1 будет слишком мало для его открывания, и транзистор закроется, — питание на нагрузку выключится.

В то же время, логическая единица через диод VD3 поступает на вывод 11 D1 и блокирует внутренний мультивибратор микросхемы. Генерация импульсов прекращается. Во всех схемах для подачи питания на нагрузку используются транзисторы IRFR5505. Это ключевой полевой транзистор с допустимым током коллектора 18А и сопротивлением в открытом состоянии 0,1 От.

Открывается транзистор при напряжении на затворе не ниже 4,25V. Поэтому и минимальное напряжение питания в схемах указано 5V, так сказать, чтобы точно хватило. Но, при напряжении питания схемы до 7V и при большом токе нагрузки транзистор все же открывается не полностью.

И сопротивление его канала существенно больше 0,1 Ом, поэтому, при питании ниже 7V ток нагрузки не должен превышать 5А. При питании же более высоким напряжением, ток может быть до 18А. Так же нужно учесть, что при токе нагрузки более 4А транзистору нужен будет радиатор для отвода тепла. Одно из свойств таких транзисторов, -это относительно большая емкость затвора.

И именно этого боятся микросхемы КМОП — относительно большой емкости на выходе. Потому что, хотя статическое сопротивление затвора и стремится к бесконечности, но при изменении напряжения на затворе возникает существенный бросок тока на заряд / разряд его емкости.

В очень редких случаях это повреждает микросхему, гораздо чаще это приводит к сбоям в работе микросхемы, особенно триггеров и счетчиков. Чтобы этих сбоев не происходило между выходами микросхем и затворами транзисторов в этих схемах включены токоограничивающие резисторы, например, R4 в схеме на рис.1. Плюс два диода, ускоряющих заряд / разряд емкости затвора.

Литовкин С. Н. РК-08-17.

Литература: И. Нечаев. — Электронный выключатель. Р-02-2004.

Электронный выключатель освещения » Паятель.Ру

Категория: Управление освещением

Обычные выключатели не подходят для установки в длинных коридорах. Здесь нужно чтобы при входе в коридор свет можно было включить одним выключателем, а при выходе — выключить уже другим, расположенным с другого конца коридора. Обычно для этого используют коридорные переключатели, включая их по схеме на рис.1. Для того чтобы изменить состояние освещения (включить или выключить) нужно любой из этих переключателей переключить в другое положение.

Если коридорных переключателей должно быть установлено два, то каждый должен быть на два положения. Если же в коридоре не два, а предположим, три или четыре выхода, то и переключатели должны быть на три или четыре положения. А если выходов десять… Как видно, чисто электротехническим способом решение проблемы получается слишком громоздким. А вот если привлечь на помощь электронику, — очень легко и просто.

На рисунке 2 показана схема коридорного выключателя, управляемого обычными замыкающими кнопками без фиксации. Причем число таких кнопок не ограничено (хоть сто). При этом ни число положений, ни число соединительных проводов не меняется. Все кнопки подключены параллельно к одному двухпроводному кабелю и работают практически как одна.

Состояние освещенности меняется на противоположное однократным нажатием любой из этих кнопок. Но и это не все прелести.

Кнопки, и соединяющий их кабель не только находятся под низким безопасным напряжением, но и гальванически развязаны от электросети. Поэтому, данный выключатель можно устанавливать в таких сырых помещениях, как подвалы и чердаки, и пользоваться им, не опасаясь поражения электрическим током.

В основе схемы D-триггер выполненный на счетчике D1. Здесь, наверное, было бы привычнее использовать К561ТМ2, но автору на момент создания схемы были более доступны микросхемы К561ИЕ10А, содержащие пару двоичных счетчиков. В данной схеме используется только один D-триггер первого счетчика микросхемы. Остальные её части оставлены без применения.

С целью гальванической развязки между кнопками управления и сетью источник питания логической схемы выполнен на маломощном силовом трансформаторе, а управление симисторным ключом осуществляется при помощи оптопары.

Нажатие и отпускание любой из кнопок S1-SN приводит к тому, что на выводе 1 D1 формируется импульс произвольной формы, который переключает счетчик на одну позицию вверх. В результате, каждое нажатие любой из кнопок приводит к изменению логического уровня на выводе 3 на противоположный тому, который был ранее.

Для того чтобы в результате прерывания питания выключатель не устанавливался произвольно во включенное состояние в схеме есть цепь C2-R2, принудительно сбрасывающая счетчик в момент включения питания.

Освещение включается при помощи симистора VS1. На схеме условно показана одна лампа Н1. На самом деле это может быть несколько включенных параллельно ламп, равномерно распределенных по длине коридора.

Управление симистором осуществляется посредством оптотиристорной пары U1 и диодного моста VD1. Большинство деталей, включая и трансформатор, расположено на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Расположение печатных дорожек с одной стороны платы. Перемычек нет. За пределами платы расположен симистор.

В схеме можно использовать самые разные детали, но плата рассчитана именно на те, которые указаны на принципиальной схеме.

Трансформатор HRE3005 очень малого размера, с выводами под печатный монтаж. У него есть одна первичная обмотка на 230V и две вторичные по 7,5V / 0.04А. Используется Большинство деталей, включая и трансформатор, расположено на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Расположение печатных дорожек с одной стороны платы. Перемычек нет. За пределами платы расположен симистор.

В схеме можно использовать самые разные детали, но плата рассчитана именно на те, которые указаны на принципиальной схеме.

Трансформатор HRE3005 очень малого размера, с выводами под печатный монтаж. У него есть одна первичная обмотка на 230V и две вторичные по 7,5V / 0.04А. Используется только одна из вторичных обмоток. На месте Т1 можно использовать любой другой маломощный сетевой трансформатор с вторичной обмоткой 6-9V, например, более дешевый серии ALG, но это потребует доработки платы или выноса трансформатора за её пределы.

Выпрямительные мосты типа КЦ407А можно заменить другими мостами или собрать мосты на одиночных диодах типа КД209, при соответствующем изменении в печатной плате. Оптотиристорную пару АОУ103Б тоже можно заменить другой, например, АОУ115Г или Д, либо использовать импортную аналогичную, при соответствующем изменении в плате.

Все конденсаторы нужно применять на напряжение не ниже 10V. Транзистор КТ3102 можно заменить любым n-p-n транзистором общего применения. Симистор ТС122-25-8 можно заменить на ТС112-10-8, ТС106-10-8 или КУ208Г. Возможно применение и импортных симисторов, либо мощных оптосимисторов. В этом случае оптопара U1 и мост VD1 не нужны, а светодиод оптосимистора подключают в коллекторную цепь VT1.

Наиболее удобны кнопки типа квартирных звонковых кнопок. Они отличаются достаточной надежностью, и приспособлены для установки на стену. Провод, соединяющий кнопки между собой и со схемой может быть любым, даже телефонной лапшой.

Выключатели на транзисторах — RadioRadar

Основное назначение транзисторных выключателей, схемы которых предлагаются вниманию читателей, — включение и выключение нагрузки постоянного тока. Кроме этого, он может выполнять ещё дополнительные функции, например, индицировать своё состояние, автоматически отключать нагрузку при разрядке аккумуляторной батареи до предельно допустимого значения или по сигналу датчиков температуры, освещённости и др. На базе нескольких выключателей можно сделать переключатель. Коммутация тока осуществляется транзистором, а управление осуществляется одной простой кнопкой с контактом на замыкание. Каждое нажатие на кнопку изменяет состояние выключателя на противоположное.

Описание аналогичного выключателя было приведено в [1], но там для управления применены две кнопки. К достоинствам предлагаемых выключателей можно отнести бесконтактное подключение нагрузки, практически отсутствие потребляемого тока в выключенном состоянии, доступные элементы и возможность применения малогабаритной кнопки, занимающей мало места на панели прибора. Недостатки — собственный потребляемый ток (несколько миллиампер) во включённом состоянии, падение напряжения на транзисторе (доли вольта), необходимость принятия мер для защиты от импульсных помех надёжного контакта во входной цепи (может самопроизвольно выключаться при кратковременном нарушении контакта).

Схема выключателя показана на рис. 1. Принцип его работы основан на том, что у открытого кремниевого транзистора напряжение на переходе база-эмиттер транзистора — 0,5…0,7 В, а напряжение насыщения коллектор-эмиттер может быть 0,2…0,3 В. По сути, это устройство представляет собой триггер на транзисторах с разной структурой, управляемый одной кнопкой. После подачи питающего напряжения оба транзистора закрыты, а конденсатор C1 разряжен. При нажатии на кнопку SB1 ток зарядки конденсатора С1 открывает транзистор VT1, и следом за ним откроется транзистор VT2. При отпускании кнопки транзисторы остаются во включённом состоянии, питающее напряжение (за вычетом падения напряжения на транзисторе VT1) поступает на нагрузку и продолжится зарядка конденсатора С1. Он зарядится до напряжения, немногим большем, чем напряжение на базе этого транзистора, поскольку напряжение насыщения коллектор-эмиттер меньше напряжения база-эмиттер.

Рис. 1. Схема выключателя

 

Поэтому при следующем нажатии на кнопку напряжение база-эмиттер на транзисторе VT1 будет недостаточным для поддержания его в открытом состоянии и он закроется. Следом закроется транзистор VT2, и нагрузка обесточится. Конденсатор С1 разрядится через нагрузку и резисторы R3-R5, и выключатель вернётся в исходное состояние. Максимальный коллекторный ток транзистора VT1 I_к зависит от коэффициента передачи тока h_21Э и базового тока I_б: I_к = I_б · h_21Э. Для указанных на схеме номиналов и типов элементов этот ток — 100…150 мА. Чтобы выключатель работал нормально, ток, потребляемый нагрузкой, должен быть меньше этого значения.

У этого выключателя есть две особенности. Если на выходе выключателя будет короткое замыкание, после кратковременного нажатия на кнопку SB1 транзисторы на короткое время откроются и затем, после зарядки конденсатора С1, закроются. При уменьшении выходного напряжения примерно до 1 В (зависит от сопротивлений резисторов R3 и R4) транзисторы также закроются, т. е. нагрузка будет обесточена.

Второе свойство выключателя можно использовать для построения разрядного устройства для отдельных Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов до 1 В перед составлением их в батарею и дальнейшей общей зарядке. Схема устройства показана на рис. 2. Выключатель на транзисторах VT1, VT2 подключает к аккумулятору разрядный резистор R6, параллельно которому подключён преобразователь напряжения [2], собранный на транзисторах VT3, VT4, питающий светодиод HL1. Светодиод индицирует состояние процесса разрядки и является дополнительной нагрузкой аккумулятора. Резистором R8 можно изменять яркость свечения светодиода, вследствие этого изменяется потребляемый им ток. Так можно производить корректировку разрядного тока. По мере разрядки аккумулятора снижается напряжение на входе выключателя, а также на базе транзистора VT2. Резисторы делителя в цепи базы этого транзистора подобраны так, что при напряжении на входе 1 В напряжение на базе уменьшится настолько, что транзистор VT2 закроется, а вслед за ним и транзистор VT1 — разрядка прекратится. При указанных на схеме номиналах элементов интервал регулировки тока разрядки — 40…90 мА. Если резистор R6 исключить, разрядный ток можно менять в интервале от 10 до 50 мА. При использовании сверхъяркого светодиода это устройство можно применить для построения карманного фонаря с защитой аккумулятора от глубокой разрядки.

Рис. 2. Схема разрядного устройства

 

На рис. 3 показано ещё одно применение выключателя — таймер. Он был использован мною в портативном приборе — испытателе оксидных конденсаторов. В схему дополнительно введён светодиод HL1, который индицирует состояние устройства. После включения загорается светодиод и конденсатор C2 начинает заряжаться обратным током диода VD1. При определённом напряжении на нём откроется транзистор VT3, который закоротит эмиттерный переход транзистора VT2, что приведёт к выключению устройства (светодиод погаснет). Конденсатор C2 быстро разрядится через диод VD1, резисторы R3, R4 и выключатель вернётся в исходное состояние. Время выдержки зависит от ёмкости конденсатора С2 и обратного тока диода. При указанных на схеме элементах оно составляет около 2 мин. Если взамен конденсатора С2 установить фоторезистор, терморезистор (или другие датчики), а взамен диода — резистор, получим устройство, которое будет выключаться при изменении освещённости, температуры и т. п.

Рис. 3. Схема таймера

 

Если в нагрузке есть конденсаторы большой ёмкости, выключатель может не включиться (это зависит от их ёмкости). Схема устройства, лишённого этого недостатка, показана на рис. 4. Добавлен ещё один транзистор VT1, который выполняет функцию ключа, а два других транзистора управляют этим ключом, чем исключается влияние нагрузки на работу выключателя. Но при этом потеряется свойство не включаться при наличии в цепи нагрузки короткого замыкания. Светодиод выполняет аналогичную функцию. При указанных на схеме номиналах деталей ток базы транзистора VT1 — около 3 мА.

Рис. 4. Схема устройства

 

Были опробованы несколько транзисторов КТ209К и КТ209В в качестве ключа. Они имели коэффициенты передачи тока базы от 140 до 170.

При токе нагрузки 120 мА падение напряжения на транзисторах было 120…200 мВ. При токе 160 мА — 0,5…2,2 В. Использование в качестве ключа составного транзистора КТ973Б позволило значительно увеличить допустимый ток нагрузки, но падение напряжения на нём было 750…850 мВ, и при токе 300 мА транзистор слабо грелся. В выключенном состоянии потребляемый ток настолько мал, что измерить его с помощью мультиметра DT830B не удалось.  При этом транзисторы предварительно не отбирались ни по каким параметрам.

На рис. 5 представлена схема трёхканального зависимого переключателя. В ней объединены три выключателя, но при необходимости их число может быть увеличено. Кратковременное нажатие на любую из кнопок вызовет включение соответствующего выключателя и подключение соответствующей нагрузки к источнику питания. Если нажать на какую-либо другую кнопку, включится соответствующий выключатель, а предыдущий выключится. Нажатие на следующую кнопку включит следующий выключатель, а предыдущий опять отключится. При повторном же нажатии на ту же кнопку последний работающий выключатель выключится, и устройство возвратится в исходное состояние — все нагрузки будут обесточены. Режим переключения обеспечивает резистор R5. При включении какого-либо выключателя напряжение на этом резисторе возрастает, что приводит к закрыванию включённого ранее выключателя. Сопротивление этого резистора зависит от тока, потребляемого самими выключателями, в данном случае его значение — около 3 мА. Элементы VD1, R3 и С2 обеспечивают прохождение разрядного тока конденсаторов С3, С5 и С7. Через резистор R3 конденсатор С2 разряжает в паузах между нажатиями на кнопку. Если эту цепь исключить, останутся только режимы включения и переключения. Заменив резистор R5 проволочной перемычкой, получим три независимо работающих устройства.

Рис. 5. Схема трёхканального зависимого переключателя

 

Переключатель предполагалось применить в коммутаторе телевизионных антенн с усилителями, но с появлением кабельного телевидения необходимость в нём отпала, и проект не был реализован на практике.

В выключателях могут быть применены транзисторы самых разных типов, но они должны соответствовать определённым требованиям. Во-первых, все они должны быть кремниевыми. Во-вторых, транзисторы, коммутирующие ток нагрузки, должны иметь напряжение насыщения U_{к-э нас} не более 0,2…0,3 В, максимальный  допустимый ток коллектора I_кмакс должен быть в несколько раз больше коммутируемого тока, а коэффициент передачи тока h_21э достаточный, чтобы при заданном токе базы транзистор находился в режиме насыщения. Из имеющихся у меня в наличии транзисторов хорошо зарекомендовали себя транзисторы серий КТ209 и КТ502, несколько хуже — серий КТ3107 и КТ361.

Сопротивления резисторов можно изменять в значительных пределах. Если требуется большая экономичность и не нужна индикация состояния выключателя, светодиод не устанавливают, а резистор в цепи коллектора VT3 (см. рис. 4) можно увеличить до 100 кОм и более, но надо учесть, что при этом уменьшится базовый ток транзистора VT2 и максимальный ток в нагрузке. Транзистор VT3 (см. рис. 3) должен иметь коэффициент передачи тока h_21э более 100. Сопротивление резистора R5 в зарядной цепи конденсатора С1 (см. рис. 1) и аналогичных ему в других схемах может быть в интервале 100…470 кОм. Конденсатор C1 (см. рис. 1) и аналогичные ему в других схемах должны быть с малым током утечки, желательно применить оксиднополупроводниковые серии К53, но можно применять и оксидные, при этом сопротивление резистора R5 должно быть не более 100 кОм. При увеличении ёмкости этого конденсатора уменьшится быстродействие (время, по истечении которого устройство можно выключить после включения), а если уменьшить — снизится чёткость в работе. Конденсатор C2 (см. рис. 3) — только оксидно-полупроводниковый. Кнопки — любые малогабаритные с самовозвратом. Катушка L1 преобразователя (см. рис. 2) применена от регулятора линейности строк чёрно-белого телевизора, хорошо работает преобразователь и с дросселем на Ш-образном магнитопроводе от КЛЛ. Можно также воспользоваться рекомендациями, приведёнными в [2]. Диод VD1 (см. рис. 5) может быть любым маломощным, как кремниевым, так и германиевым. Диод VD1 (см. рис. 3) должен быть обязательно германиевым.

Налаживания требуют устройства, схемы которых показаны на рис. 2 и рис. 5, остальные в налаживании не нуждаются, если нет особых требований и все детали исправны. Для налаживания разрядного устройства (см. рис. 2) потребуется источник питания с регулируемым напряжением на выходе. Прежде всего, взамен резистора R4 временно устанавливают переменный резистор сопротивлением 4,7 кОм (в максимум сопротивления). Подключают источник питания, предварительно установив на его выходе напряжение 1,25 В. Включают разрядное устройство нажатием на кнопку и устанавливают с помощью резистора R8 требуемый ток разрядки. После этого устанавливают на выходе источника питания напряжение 1 В, и с помощью добавочного переменного резистора добиваются выключения устройства. После этого надо несколько раз проверить напряжение выключения. Для этого необходимо увеличить напряжение на выходе источника питания до 1,25 В, включить устройство, затем необходимо плавно уменьшать напряжение до 1 В, наблюдая момент выключения. Затем измеряют введённую часть дополнительного переменного резистора и заменяют его постоянным с таким же сопротивлением.

Во всех других устройствах также можно реализовать аналогичную функцию выключения при снижении входного напряжения. Налаживание производится аналогично. При этом то обстоятельство, что вблизи точки выключения транзисторы начинают закрываться плавно и ток в нагрузке тоже будет плавно уменьшаться. Если в качестве нагрузки будет радиоприёмник, то это проявится как уменьшение громкости. Возможно, рекомендации, описанные в [1], помогут решить эту проблему.

Налаживание переключателя (см. рис. 5) сводится к временной замене постоянных резисторов R3 и R5 на переменные с сопротивлением в 2…3 раза больше. Последовательно нажимая на кнопки, с помощью резистора R5 добиваются надёжной работы. После этого повторными нажатиями на одну и ту же кнопку с помощью резистора R3 добиваются надёжного выключения. Затем переменные резисторы заменяют постоянными, как сказано выше. Для повышения помехоустойчивости параллельно резисторам R7, R13 и R19 надо установить керамические конденсаторы ёмкостью несколько нанофарад.

Литература

1. Поляков В. Электронный выключатель защищает аккумуляторную батарею. — Радио, 2002, № 8, с. 60.

2. Нечаев И. Электронная спичка. — Радио, 1992, № 1, с. 19-21.

Автор: В. Булатов, пгт Новый Свет, Донецкая обл., Украина

переключателей | Ultimate Electronics Book

Ultimate Electronics: Практические схемы и анализ

---

≡ Оглавление

«

2. 23

Суперпозиция с зависимыми источниками

»

2,25

Делители напряжения

Переключатели, кнопки, несколько устойчивых состояний и девять способов имитации цепей с переключателями. 20 мин чтения

Переключатели или кнопки — это электронные компоненты, которые разъединяют или соединяют два узла цепи. В физической реализации схемы эти слова могут относиться к механическим переключателям или кнопкам, но также могут применяться к более сложным активным компонентам, выполняющим аналогичные действия, например переключателям на основе транзисторов. Их также можно рассматривать как чисто теоретические конструкции при анализе схемы.

Коммутатор имеет два состояния: два узла могут быть подключены или отключены.

В идеальном переключателе подключенное состояние ведет себя как резистор R=0 (короткое замыкание), а отключенное состояние ведет себя как резистор R=∞ (разомкнутая цепь):

Переключатель SPST имеет два состояния

Circuitlab. com/cab5ndfbbgqmt

Править — Имитация

Выключатель, показанный выше, является «однопозиционным», что означает, что переключаемый терминал может быть либо подключен, либо нет. В целом, это называется переключателем SPST, от Single-Pole Single-Throw. Это полезно в качестве простого выключателя, как и большинство выключателей света, с которыми вы знакомы.

---

Другим вариантом является двойное переключение, когда вместо отключения коммутатор подключается к какому-то третьему узлу. В одном состоянии узлы P и A соединены вместе, а B разъединен. В другом состоянии узлы P и B соединены вместе, а A отключен. Это называется переключателем SPDT, для однополюсного двойного направления:

Переключатель SPDT имеет два состояния

Circuitlab.com/c6g6eqdu5b36s

Править — Имитация

Переключатель SPDT может быть полезен для подключения одной клеммы к двум взаимоисключающим альтернативам. Например, мы можем переключаться между двумя разными входными каналами усилителя с помощью переключателя SPDT.

Выключатели также могут быть изготовлены с более чем двумя вариантами подключения, например, с поворотным переключателем, который можно установить в одно из 10 различных положений. Их обычно называют «позициями», а не «броском», но концепция та же.

---

Практические переключатели отличаются от идеальных по ряду важных признаков.

Реальные переключатели имеют некоторое конечное,

ненулевое сопротивление в замкнутом состоянии. Это сопротивление вызывает падение напряжения, которое может быть или не быть значительным в зависимости от остальной части цепи. Обычно мы хотим, чтобы сопротивление переключателя во включенном состоянии было намного меньше сопротивления всего, к чему он подключен, чтобы мы могли приблизить его к нулю, но на практике нам может потребоваться учитывать конечное сопротивление переключателя в более высоких -текущие ситуации. Дополнительные сведения см. в разделе Резисторы в последовательном и параллельном и алгебраическом приближениях.

Реальные переключатели имеют ограничения тока , поскольку их ненулевое сопротивление вызывает их перегрев во включенном (замкнутом) состоянии. Дополнительные сведения см. в разделе «Практические резисторы: номинальная мощность (мощность)».

Реальные переключатели имеют пределов напряжения для выключенного (разомкнутого) состояния. Высокое напряжение между соседними компонентами внутри переключателя создает сильное электрическое поле, которое, если оно достаточно высокое, может вызвать дугу или искру, где электрическое поле достаточно сильное, чтобы электроны прыгали по воздуху между двумя клеммами. Это определенно нежелательно и может повредить переключатель и все, к чему он подключен, путем окисления и коррозии контактов, что приведет к увеличению сопротивления в будущем и, в конечном итоге, к большему нагреву переключателя и возможному отказу.

Реальные переключатели также могут иметь физическое поведение, такое как «подпрыгивание» или «дребезжание», что представляет собой быстрое переключение между состояниями «включено» и «выключено» в миллисекундах после замыкания переключателя. Это происходит из-за механической пружинистости переключателя, и точно так же, как автомобиль проезжает лежачего полицейского, контакт может немного подпрыгнуть, прежде чем он установится, чтобы установить устойчивый контакт. Если у вас есть доступ к осциллографу, вы можете довольно легко увидеть это явление. Это приводит к набору методов «устранения дребезга», включая использование конденсаторов и программных решений для фильтрации этих переходных циклов открытия-закрытия. Если бы у нас не было устранения дребезга, то каждый раз, когда вы нажимали клавишу на клавиатуре вашего компьютера, он мог бы набирать этот символ не один раз, а десятки раз!

Реальные коммутаторы имеют тенденцию к деградации с течением времени . Каждый раз, когда нажимается переключатель или кнопка, происходят движения, которые в конечном итоге могут привести к деформации материалов либо полностью, либо настолько, чтобы на контакты переключателя не оказывалось такого сильного давления. Кроме того, контакты переключателя со временем подвергаются коррозии в зависимости от их материалов и среды, в которой они находятся, что может помешать их хорошему соединению.

Настоящие многопозиционные переключатели, такие как показанные выше переключатели SPDT не переключает состояния мгновенно . Некоторые из них работают по принципу «сделать до перерыва», поскольку они будут на мгновение подключены к обоим терминалам во время транспортировки. Другие — «разрыв перед замыканием», когда переключаемый терминал на мгновение вообще ни к чему не подключается. Любой из них может быть плохим в зависимости от вашего варианта использования. Если вы работаете с реальным переключателем или кнопкой и не знаете, что это такое, это может быть и то, и другое: по возможности спроектируйте свою схему так, чтобы она не ломалась ни в том, ни в другом случае.

---

Говоря об электричестве, между кнопкой и переключателем нет никакой разницы. Механически, однако, есть: переключатель механически переключается, чтобы оставаться открытым или оставаться закрытым, после чего он остается в этом положении. Напротив, кнопка имеет пружину, так что после снятия приложенного механического усилия кнопка автоматически возвращается в свое «нормальное» состояние.

Кнопки и переключатели

Circuitlab.com/cn37b8hfb8jea

Править — Simulate

Кнопки подразделяются на «нормально открытые» и «нормально закрытые». Нормально разомкнутая кнопка (НО) остается разомкнутой до тех пор, пока она не будет нажата. Нормально замкнутая (NC) кнопка закрыта до нажатия.

Оба типа кнопок полезны. Рулевое колесо автомобиля может иметь нормально разомкнутую кнопку для включения звукового сигнала, пропускающую ток к звуковому сигналу только при нажатии.

Электромагнитная система дверного замка может использовать нормально закрытая кнопка , так что нажатие на кнопку отключает ток в замке, чтобы дверь можно было открыть.

На самом деле их можно с пользой комбинировать: механизм дверной защелки каждой микроволновой печи включает в себя две кнопки NO и одну кнопку NC. Вместе они действуют как защитная блокировка, гарантирующая, что высокомощный магнетрон микроволновой печи не может быть включен, если дверца действительно не закрыта. Нормально открытые кнопки должны

и указывать, что они нажаты верхней и нижней защелками двери. Нормально замкнутая кнопка является дополнительной резервной защитой, специально предназначенной для перегорания предохранителя, а не для работы магнетрона (если только дверь не закрыта и кнопка NC не становится открытой).

Защитная блокировка защелки дверцы магнетрона микроволновой печи (упрощенная)

Circuitlab. com/cunwvccq46v23

Править — Имитация

Упражнение Щелкните, чтобы разомкнуть приведенную выше схему и проверить конфигурацию кнопок. Все три кнопки должны быть нажаты различными частями дверной защелки, чтобы микроволновая печь начала готовить.

---

Часто полезно иметь один физический переключатель или кнопку, которые физически активируют несколько электрических переключателей. Вместо «однополюсных» их называют 9.0048 многополюсные переключатели , такие как DPST (двухполюсный однонаправленный) и DPDT (двухполюсный двухпозиционный).

Двухполюсные переключатели DPST и DPDT

Circuitlab.com/cy28n32e78qrw

Править — Имитация

Они представляют собой электрически независимые переключатели для каждого из полюсов; между ними нет электрической связи, но есть механическая. Это означает, что они не могут переключаться в одно и то же время, и у них могут быть разные электрические свойства, такие как коррозия, на одном, но не на другом.

Многополюсные переключатели полезны во многих ситуациях, например при переключении левого и правого каналов аудиосигнала. Другим примером может быть переключатель источника питания для схемы, которая требует двух разных входных напряжений питания (например, ± 12 В). ):

DPST как выключатель питания с двумя входными напряжениями

Circuitlab.com/c86ts36h6nqqj

Править — Simulate

В этом примере, однако, мы хотели бы тщательно продумать все возможные крайние случаи, которые могут произойти: что, если один из двух внутренних однополюсных переключателей подвергнется коррозии, а другой — нет? Что, если один просто вступит в контакт на миллисекунду раньше другого? Это могут быть важные вопросы, которые следует учитывать в зависимости от рассматриваемой схемы.

---

Каждый раз, когда у нас есть переключатель в цепи, у нас фактически есть несколько разных цепей, которые нужно решить независимо.

Для схемы с одним двухпозиционным переключателем (включая любой SPST, SPDT, DPST или DPDT) теперь есть два возможных состояния схемы, каждое из которых имеет собственное решение.

В целом для цепи с N разные двухпозиционные переключатели, схемное решение разбивается на 2N разные конфигурации, каждая со своим решением. (Если какие-либо переключатели имеют более двух возможных положений, то мы умножаем на это вместо числа 2.)

Это может показаться чрезвычайно сложной задачей, и на самом деле это так! Например, если мы представим себе отдельный дом или квартиру как единую цепь и рассмотрим все выключатели света и все выключатели питания на всех подключенных устройствах, то быстро появится огромное количество возможных конфигураций. Если всего 10 переключателей, то уже 210=1024. конфигурации с возможными различными решениями. Но это реальность: включение выключателя питания фена в ванной может сделать свет на кухне тусклым. На практике, однако, мы часто хотим проектировать схемы так, чтобы многие переменные были одинаковыми. 0087 приблизительно независимо от других, которые мы обсудим подробнее в разделах Делители напряжения и Делители тока. Однако, как правило, взаимодействия случаются, и нам приходится решать их заново, потому что все токи и напряжения могут измениться в любое время при щелчке переключателя.

---

Вот простая резистивная цепь с одним переключателем SPST внутри, помеченная SW1:

Резистивная цепь с переключателем SPST

Circuitlab.com/cz52ng93с8з28

Править — Simulate

Упражнение Щелкните цепь, запустите решатель постоянного тока и посмотрите на токи в цепи. Когда SW1 разомкнут, ток через i3, i4, i5 фактически отсутствует. .

Обратите внимание, что из-за того, что симуляторы цепей имитируют открытые переключатели как очень высокие, но не бесконечные сопротивления, ток может быть не нулевым, а чрезвычайно малым, возможно, несколько фемтоампер, которые «просачиваются» через переключатель. (См. Порядки величин, логарифмические шкалы и децибелы.)

Теперь дважды щелкните переключатель SW1 и установите его в замкнутое положение. Повторно запустите решатель DC. Какие течения сейчас? В этом случае большая часть тока протекает по ветвям i3,i4,i5. .

Мы можем решить систему вручную, рассмотрев два случая по отдельности: SW1 открыт и SW1 закрыт.

При разомкнутом выключателе мы можем полностью убрать его, потому что разомкнутый выключатель — это разомкнутая цепь (R=∞ ):

Резистивная цепь с переключателем SPST (SW1 разомкнут)

Circuitlab.com/cgu6v336yd25f

Править — Имитация

Из этой схемы видно, что резисторы R3, R4 и R5 питать нечем, поэтому токи всех их ветвей равны нулю: , поэтому мы можем сложить их сопротивления, чтобы найти эффективное сопротивление:

Req=R1+R2=2500 Ом

Резистивная цепь с переключателем SPST (SW1 разомкнут, упрощен)

Circuitlab. com/c49q36rpu92jn

Править — Моделирование

Теперь мы можем использовать закон Ома, чтобы найти полный ток: , поэтому:

i1=i2=3,6 мА

Мы полностью решили все токи при разомкнутом переключателе, и теперь было бы легко найти и напряжения узлов.

При замкнутом выключателе мы можем заменить его проводом, потому что замкнутый выключатель вызывает короткое замыкание (R=0 ):

Резистивная цепь с переключателем SPST (SW1 замкнут)

Circuitlab.com/c93yt4qtq978v

Править — Имитация

На этой схеме у нас есть просто набор из пяти резисторов, соединенных последовательно и параллельно. Мы можем осторожно применять правила комбинации, чтобы получить эффективное сопротивление.

Во-первых, мы можем соединить R4 и R5 параллельно. Поскольку они имеют одинаковое сопротивление, параллельная комбинация составляет лишь половину их индивидуального сопротивления:

Треб1=R4//R5=R4R5R4+R5=80022⋅800=400 Ом

Резистивная цепь с переключателем SPST (SW1 замкнут, шаг 1)

Circuitlab. com/c8cgx6anhba74

Править — Имитация

Далее мы видим, что R3 находится последовательно с Req1, поэтому мы можем сложить их сопротивления, чтобы получить Req2:

Req2=R3+Req1=100+400=500 Ом

Резистивная цепь с переключателем SPST (SW1 замкнут, шаг 2)

Circuitlab.com/cftfk5rgrwyzj

Править — Simulate

Затем мы объединяем параллельный R2 с Req2, чтобы получить Req3:

Req3=R2//Req2=2000⋅5002000+500=400 Ом существует фиксированное соотношение между значениями 2000 и 500: коэффициент 4. Вы можете эффективно думать о 500 Ом резистор как 4 параллельных 2000 Ом резисторы, потому что N параллельные резисторы одинакового размера будут иметь сопротивление R//=RxN . Тогда вы можете думать о дополнительном резисторе R2 как о пятом резисторе, параллельном остальным четырем! Это означает, что параллельная комбинация аналогична 4+1=5. из них 2000 Ом резисторы, включенные параллельно, для общего эффективного сопротивления 20005 = 400 Ом .

Резистивная цепь с переключателем SPST (SW1 замкнут, шаг 3)

Circuitlab.com/c2nef87884v3j

Править — Моделирование

Наконец, мы можем объединить ряды R1 и Req3, чтобы получить Req4:

Req4=R1+Req3=500+400=900 Ом

Резистивная цепь с переключателем SPST (SW1 замкнут, шаг 4)

Circuitlab.com/cvmrk4ecm69vp

Править — Имитация

Отсюда снова легко использовать закон Ома, чтобы найти полный ток:

i1=VR=9900=0,01=10 мА

В этом случае замкнутого переключателя токи других ветвей i2,i3,i4,i5 в исходной схеме имеют свои значения. Но теперь, когда у нас есть общий ток, мы можем «размотать» наши упрощения резисторов и посмотреть, как ток делится по каждой ветви.

Если мы прокрутим назад последовательно-параллельные упрощения резисторов, первое разделение тока, которое мы должны учитывать, будет между i2 и i3 . Мы знаем, что общий ток делится:

10 мА=i1=i2+i3

Также известно соотношение полных сопротивлений каждого пути: Req2=14R2 . При таком соотношении сопротивлений четыре к одному путь через Req2 будет нести в 4 раза больший ток при том же напряжении, что и R2. Это означает, что Req2 будет нести 45 тока, а R2 будет нести 15 . Выражается в виде токов:

i2=15i1=2 мА (через R2) i3=45i1=8 мА (через Req2)

Прокручивая дальше, следующее разделение происходит, когда i3 делится на i4 и i5 . Бывает, что R4 и R5 имеют одинаковое сопротивление, поэтому ток делится между ними поровну:

i4=12i3=4 мА (через R4) i5=12i3=4 мА (через R5)

Теперь мы решили для всех пяти ветвей токи и можем легко вычислить напряжения узлов. В этом примере показано, как использовать правила последовательного и параллельного комбинирования резисторов для быстрого решения резистивных цепей.

Чтобы быстро проверить нашу математику, мы можем щелкнуть схему ниже, чтобы открыть исходную схему в CircuitLab, дважды щелкнуть переключатель и установить его в замкнутое положение, а затем запустить решатель постоянного тока, чтобы проверить текущие значения:

Резистивная цепь с переключателем SPST

Circuitlab.com/cz52ng93s8z28

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать цепь после замыкания переключателя SW1.

---

До сих пор мы говорили только об установившемся режиме работы схемы с переключателями. Это применимо, если в цепи есть только резистивные элементы. В модели электрической цепи с сосредоточенными элементами резисторы не имеют памяти и мгновенно находят новое состояние равновесия после щелчка переключателя.

Однако, если в нашей схеме есть другие компоненты, обладающие какой-либо памятью или поведением, изменяющимся во времени, включая конденсаторы или катушки индуктивности, то при изменении состояния переключателя возникает более сложная ситуация.

В этих случаях мы должны учитывать две вещи:

1. Расчет нового устойчивого состояния токов и напряжений в новой конфигурации переключателя.
2. Расчет переходного режима , который включает промежуточные, временные напряжения и токи, которые применяются до тех пор, пока не будет достигнуто новое установившееся состояние равновесия.

Рассмотрим эту схему с переключателем, который замыкается в момент времени t=10 мс. :

Всплеск пускового тока при переключении емкостной нагрузки

Circuitlab.com/c9xrh77yk942d

Править — Моделирование

Упражнение Щелкните цепь и запустите моделирование во временной области. Это пример схемы, которая переключается между двумя разными устойчивыми состояниями, но имеет интересное и важное поведение при переходе между ними. Из-за конденсатора C1 сразу после замыкания ключа временно протекает огромный ток (с пиковым значением около 120 А), пока ситуация не стабилизируется до нового установившегося значения тока чуть менее 2 А.

Программное обеспечение для моделирования позволяет легко исследовать такие ситуации, но мы также можем получить интуицию аналитически. В момент сразу после замыкания переключателя конденсатор C1 «выглядит» как короткое замыкание, вызывая мгновенный пиковый ток около I=V1R1=120,1=120 А. протекать через предохранитель и R1. В долгосрочном устойчивом состоянии конденсатор вообще не пропускает ток и поэтому выглядит разомкнутым, в результате чего общий ток I = 126 + 0,1 ≈ 1,97 А. через лампу. Подробнее о конденсаторах мы поговорим в следующей главе.

В мире только установившихся режимов, с идеальными источниками, резисторами и переключателями, если бы у нас было N двухпозиционных переключателей, нам, возможно, пришлось бы вычислять 2N стационарные состояния цепи. Однако, как только мы допускаем переходное поведение, схема может соответствовать или не соответствовать любому из этих устойчивых состояний.

Например, рассмотрим эту простую схему переключения с переключателем SW1, который переключается в открытое и закрытое положение четыре раза в секунду:

Переходное переключение никогда не устанавливается

Circuitlab. com/cjfjshcy9vx3u

Править — Simulate

Щелкните цепь и запустите моделирование во временной области. Как бы то ни было, у схемы никогда не бывает достаточно времени, чтобы прийти в одно из своих устойчивых состояний. Наоборот, он всегда движется то к одному, то к другому.

Что произойдет, если мы изменим частоту переключения переключателя? Дважды щелкните генератор функции напряжения V2 и измените частоту на 1 Гц вместо 4 Гц и повторно запустите симуляцию во временной области. Теперь выходное напряжение почти достигает устойчивого состояния около Vout = 6 В. когда переключатель замкнут (т.е. когда Vcontrol=5 ).

Что произойдет, если мы изменим емкость конденсатора C1? Дважды щелкните C1 и измените его на «1 м» вместо «22 м» и повторно запустите симуляцию во временной области. Теперь система очень быстро достигает своего нового устойчивого состояния после каждого переключения переключателя.

Аналитически этот пример имеет два легко решаемых устойчивых состояния. (Обратите внимание, что в устойчивом состоянии мы можем рассматривать конденсаторы как разомкнутую цепь, как если бы они были полностью удалены из цепи. Мы рассмотрим это более подробно в следующей главе.) Когда переключатель разомкнут, через R1 ток не течет. или R2, поэтому Vвых=0 . Когда ключ замкнут, R1 и R2 образуют простой делитель напряжения с двумя равными сопротивлениями, поэтому Vout=12V1=6 В. .

Переходное поведение требует более подробного описания. Позже мы поговорим о постоянных времени для RC-цепей. В этом случае при зарядке постоянная времени составляет:

τ1=(R1//R2)C1=(3 Ω)(0,022 F)=0,066 с

При разрядке R1 отключен, а постоянная времени немного дольше:

τ2=R2C1=(6 Ω)(0,022 F)=0,132 с

Наш переключатель переключается в открытое и закрытое состояния с частотой 4 Гц, то есть он проходит полный цикл каждые 0,250 секунды. Он находится в каждом состоянии в течение половины этого времени, или 0,125 секунды. Поскольку постоянные времени RC примерно аналогичны по длительности периоду переключения, у схемы есть время, чтобы добиться некоторого прогресса в достижении целевого устойчивого состояния, но не до конца.

Напротив, если мы сделаем постоянные времени RC намного короче, чем период переключения τRC≪τswitching , например, заменив конденсатор 22 мФ на 1 мФ, как описано выше, тогда схема успеет достичь своего окончательного значения.

Что произойдет, если вместо этого мы сделаем период переключения значительно короче, чем постоянная времени RC, τRC≫τswitching ? Что происходит с «пилообразной» волнистой формой Vout ? Смоделируйте и узнайте.

Мы еще поговорим о постоянных времени и RC-цепях в следующих главах.

---

В среде моделирования схемы нам нужно тщательно продумать, что именно мы хотим, чтобы переключатель делал в контексте нашего моделирования.

Некоторые «игрушечные» симуляторы позволяют интерактивно нажимать кнопки и переключатели во время моделирования, но за пределами самых ранних этапов обучения эти интерактивные моделирования неприменимы в реальном мире. Моделирование должно быть разработано для контролируемой повторяемости, когда мы можем понять последствия внесения изменений в нашу схему, что требует повторяемого способа управления переключателями.

Простейшим переключателем является управляемый по времени переключатель , который моделируется как переключатель SPDT, который переключается из одного состояния в другое в заранее заданное время. Время срабатывания можно установить двойным щелчком переключателя.

Мы уже видели пример переключателя с временным управлением в моделировании схемы ранее в этом разделе:

Всплеск пускового тока при переключении емкостной нагрузки

Circuitlab.com/c9xrh77yk942d

Править — Имитация

Упражнение Щелкните цепь, чтобы разомкнуть ее, а затем дважды щелкните переключатель SW1. Здесь вы можете видеть, что он настроен на изменение во время «10 минут», что соответствует t = 10 мс. . Попробуйте изменить время переключения, а затем повторно запустите симуляцию схемы.

Переключатели с управлением по времени проще всего понять при моделировании во временной области. Многие задачи в классе, связанные с RC- или RL-цепями, включают в себя вопрос о том, что происходит, когда переключатель замыкается или размыкается в определенное время, и управляемый по времени переключатель обеспечивает простой способ прямого моделирования этого.

Обратите внимание, что вы должны быть осторожны при определении переключателя для изменения состояния точно в t = 0 . В большинстве случаев симулятор автоматически «поступит правильно» и начнет с состояния, предшествующего отражению, для самой первой точки данных, а затем немедленно переключится на после t=0. . Однако, если вы не уверены, измените время запуска на небольшую положительную величину, чтобы сначала смоделировать исходное состояние схемы.

Обычно, когда любое программное обеспечение для моделирования цепей запускает моделирование во временной области, оно сначала находит начальное стационарное решение для системы до t=0 .

В схеме, подобной этой:

Неявное переключение с начальным пропуском для моделирования во временной области

Circuitlab. com/c82u7g5g88n67

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

Это начальное установившееся решение будет рассматривать конденсатор как уже заряженный до его долговременного значения постоянного тока, ВА=1 В. . Когда мы запустим симуляцию во временной области, мы получим скучную плоскую линию, потому что ничего не меняется!

Вместо этого мы установили «Skip Initial = Yes» в настройках симуляции во временной области. Это говорит симулятору полностью пропустить процесс определения начального состояния схемы до t = 0. , поэтому вместо этого конденсатор по умолчанию полностью разряжен.

Щелкните схему и запустите симуляцию с параметром «Пропустить начальное значение = Да», чтобы убедиться, что теперь конденсатор начинает работать незаряженным, а затем заряжается до своего конечного значения. Теперь измените его на «Skip Initial = No» (по умолчанию для CircuitLab) и посмотрите, что произойдет.

Хотя этот параметр «работает» для простых RC-цепей и т.п., он имеет тенденцию создавать проблемы с более сложными схемами, например, содержащими транзисторы или операционные усилители, поскольку их внутреннее состояние (например, внутренние конденсаторы) не будет заряжены до правильных начальных значений. Вместо этого мы настоятельно рекомендуем просто использовать переключатель временной области, установленный для t = 0. чтобы полностью указать запуск переключения вашей схемы, а не полагаться на эту настройку симулятора.

Переключатель, управляемый напряжением, является одним из самых мощных элементов моделирования. (На практике транзисторы и реле могут действовать как переключатели, управляемые напряжением, но здесь мы говорим только о теории и моделировании.) Он переключается между открытым и закрытым в зависимости от разницы напряжений на его управляющих клеммах.

Ниже приведены несколько различных примеров использования переключателя, управляемого напряжением. Щелкните каждый, запустите симуляцию, а затем попытайтесь изменить и понять, как она работает.

1) В примере, который мы уже рассмотрели ранее в этом разделе, мы можем использовать набор генераторов функции напряжения для получения выходного сигнала прямоугольной формы для получения управляющего сигнала для переключателя, управляемого напряжением. Обратите внимание, что мы установили амплитуду и смещение функционального генератора V2 в соответствии с точкой переходного напряжения переключателя SW2:

Переходное переключение никогда не устанавливается

Circuitlab.com/cjfjshcy9vx3u

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

2) Наша функция управления может быть простой функцией времени, например, VCONTROL=5(T>3) . Эта функция оценивается как 0 для времени до t=3. , и оценивается как 5 для раз после:

Переключатель, управляемый напряжением, с управлением поведением на основе времени

Circuitlab. com/c53eszs5kr797

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

3) Наше управление может быть кусочно-ступенчатой ​​функцией, такой как VCONTROL=PWS(0,0,0.9,5,1,0) . Функция PWS принимает список (ti,xi) пар, поэтому при t=0 функция останется на V=0 , пока t=0,9 в это время V=5 , а затем при t=1 управляющее напряжение вернется к нулю. Таким образом, мы можем создавать сколь угодно сложные сигналы:

Переключатель, управляемый напряжением, с управлением PWS

Circuitlab.com/c7b3unp2923nv

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

4) Вместо того, чтобы указывать наши пары время-значение в функции PWS, мы также можем указать их в виде файла CSV. Дважды щелкните исходный файл CSV V2, чтобы увидеть внутри:

.

Переключатель, управляемый напряжением, с управлением PWS (CSV)

Circuitlab. com/ccuw72s29qev8

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

5) Вместо PWS мы можем использовать PWSREPEAT, который повторяет один и тот же шаблон снова и снова:

Переключатель, управляемый напряжением, с управлением PWSREPEAT

Circuitlab.com/c5f6xbxmhwtns

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

6) Мы также можем использовать источник цифровых часов для управления переключателем, управляемым напряжением:

Переключатель, управляемый напряжением, с цифровым управлением часами

Circuitlab.com/cq4jqf6395k2x

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

7) Наконец, мы можем использовать напряжение внутри самой цепи в качестве триггера. Этот пример немного сложнее, но в нем используется тот факт, что модель переключателя, управляемого напряжением, имеет гистерезис. Гистерезис означает, что после перехода переключателя из одного состояния в другое остается некоторая память, поэтому требуется большее колебание, чтобы заставить его переключиться обратно в первое состояние. Это настраивается в параметре V_H переключателя SW2. Дважды щелкните SW2, попробуйте изменить напряжение гистерезиса V_H и перезапустите симуляцию:

Переключатель, управляемый напряжением, с обратной связью по напряжению

Circuitlab.com/cvs7ju29gzj43

Править — Имитация

Упражнение Нажмите, чтобы смоделировать описанную выше схему.

---

В следующем разделе, Делители напряжения, мы рассмотрим обычное последовательное расположение резисторов, которое чрезвычайно часто встречается при проектировании и анализе схем.

≡ Оглавление

«

2.23

Суперпозиция с зависимыми источниками

»

2,25

Делители напряжения

---

Роббинс, Майкл Ф. Абсолютная электроника: проектирование и анализ практических схем. CircuitLab, Inc., 2021, Ultimateelectronicsbook.com. Доступ . (Авторское право © 2021 CircuitLab, Inc.)

Переключатель и типы переключателей

Содержание

Что такое переключатель?

Переключатель  – это устройство, которое используется для  замыкать или размыкать электрическую цепь  автоматически или вручную. Другими словами, электрический выключатель представляет собой управляющее устройство, которое прерывает протекание электрического тока или изменяет направление тока в цепи.

Почти все электрические и электронные системы используют по крайней мере один переключатель для включения и выключения устройства. Проще говоря, переключатель используется для управления работой схемы путем активации или деактивации всей или определенных частей или процессов подключенной схемы.

Рассмотрим следующую принципиальную схему, показывающую работу и управление включением/выключением лампочки. На рис. (слева) переключатель выключен (т. е. контакты переключателя разомкнуты), поэтому лампочка не горит. С правой стороны контакты переключателя замкнуты, т.е. переключатель включен, следовательно, лампочка включена и светится.

Поскольку переключатели играют важную роль в системах управления, вы можете заметить их повсюду, как на крошечных устройствах, так и на больших устройствах.

Существует множество применений переключателей, таких как основное освещение и тумблеры для операций ВКЛ и ВЫКЛ для точек освещения, вентиляторов, компьютеров, принтеров, воздуходувок в жилых и коммерческих зданиях, автомобилей, компьютеров и мобильных устройств, роботизированных и чувствительных аэрокосмических и военных Приложения.

Поскольку существует несколько типов переключателей, которые используются для различных приложений. Например, однополюсный переключатель можно использовать для управления выключением и включением лампочки. Точно так же двухполюсный (2-позиционный переключатель) можно использовать для управления двумя цепями или двумя операциями устройства. Кроме того, промежуточные выключатели (4-позиционный переключатель) используются для управления освещением из двух разных мест, например, из дома. лестничная проводка, проводка коридора и прихожей, проводка общежития, проводка спуска, проводка туннеля, проводка больницы и т. д. и так далее.

Поскольку переключатель используется для управления операциями включения и выключения устройства, различные типы переключателей предназначены для различных приложений в зависимости от характеристик, свойств и особенностей переключателей.

Работа электрического выключателя

Управление выключателем может быть определено его « Полюс » и « Направление ». Полюс представляет количество операций, управляемых одним переключателем. Throw указывает количество контактов в переключателе. Например, NO (нормально разомкнутый) и NC (нормально замкнутый) являются однопозиционными, которые используются для управления цепью путем замыкания/размыкания контактов переключателя.

Аналогично, промежуточные и переключающие выключатели являются двойными, которые используются для управления двухсторонней работой цепи путем замыкания/размыкания контактов переключателей, которые используются для направления потока тока из одной цепи в другую. Проще говоря, однополюсный однопозиционный переключатель (SPST) известен тем, что управляет одной цепью (например, ВКЛ/ВЫКЛ) за операцию. Таким образом, количество полюсов и ходов используется для представления процесса управления переключателем.

В соответствии с приведенным выше пояснением доступны стандартные переключатели с числом полюсов и направлений, такие как однополюсные, однопозиционные (SPST), двухполюсные, двухпозиционные (DPDT), двухполюсные, шестипозиционные (2P6T) и трехполюсные, многопозиционные. Ход (3PMT) для селекторов, поворотных переключателей и т. д.

Полезно знать: Переключатели всегда подключаются к горячему (фазному или линейному) проводу.

Работа переключателя может быть определена двумя способами: переключателями с фиксацией и переключателями мгновенного действия.

Известно, что переключатель с фиксацией (он же поддерживаемый переключатель или заблокированный переключатель ) является переключателем, который сохраняет свое последнее состояние до тех пор, пока его автоматически или вручную не заставят изменить положение. Примеры: «Нажми, чтобы сделать», «Нажми, чтобы сломать» или общий пример в виде выключателя света. Короче говоря, переключатель-защелка сохраняет свое состояние, независимо от того, включено оно или выключено, до тех пор, пока не будут инициированы новые команды.

Переключатель мгновенного действия — это переключатель, который сохраняет свое состояние до тех пор, пока кнопка нажата и приведена в действие. Когда давление снимается, он возвращается в предыдущее состояние как в положении, так и в работе. Примеры: кнопки, электродрель, кнопки в воздуходувках и т. д. Проще говоря, мгновенный переключатель удерживает состояние только тогда, когда представлена ​​конкретная команда.

Типы переключателей

Как правило, переключатели можно разделить на следующие категории.

• Механические переключатели
• Электрические и электронные переключатели

Оба типа переключателей широко используются в электротехнике и электронике, где выбор типа переключателя зависит от системных требований и потребностей системы, в которую они будут включены. Переключатели также могут быть категориями по множеству различных оснований и факторов. Теперь давайте обсудим их подробно один за другим в этой статье.

Схемы подключения переключателей:

• Как подключить переключатели последовательно?
• Как подключить переключатели параллельно?

Типы электромеханических переключателей

Механический переключатель представляет собой переключатель, в котором две металлические пластины (контакты переключателя) соприкасаются друг с другом, образуя физический контакт для протекания тока, и отделяются друг от друга, прерывая протекание тока .

Существуют различные типы механических переключателей, которые можно дополнительно классифицировать на основе допустимой мощности, количества полюсов и направлений (SPST, SPDT, DPST, DPDT, DPMT и т. д.), конструкции и работы, количества контактов, состояния удержания (заблокировано и мгновенно).

Материал контактов для электромеханических переключателей выбирают с учетом того, что оксиды металлов, образующиеся в результате коррозии, в основном являются изоляторами, и слои таких оксидов на пластинах переключателя будут препятствовать нормальной работе переключателя. Таким образом, твердотянутая медь или кованая медь являются хорошим вариантом в качестве контактного материала, который удерживает и пропускает номинальный ток.

Механические выключатели могут быть разделены на категории в зависимости от различных факторов, конструкции и работы следующим образом:

SPST (однополюсный однопозиционный)

Это простой выключатель ВКЛ/ВЫКЛ, который обычно используется в наших домах для цепей освещения и бытовая техника с малой нагрузкой, а также компьютеры и устройства. Его также называют «односторонним» или «односторонним» переключателем (известным в США как двусторонний переключатель). Он управляет одной операцией в цепи, например. он замыкает или разрывает цепь. Как правило, контакт переключателя SPST может быть либо NO (нормально разомкнутый) для положения OFF, либо NC (нормально замкнутый) для положения ON.

Размыкание переключателя указывает на разрыв в цепи, т. е. прекращает протекание в ней тока. Замкнутый переключатель означает, что цепь замкнута и по ней протекает ток.

На следующем рисунке показана конструкция и работа переключателя SPST (однополюсного однонаправленного переключателя), также известного как односторонний переключатель . Он имеет в основном две клеммы, а именно линейный вход (в качестве источника), линейный выход (к точке нагрузки) и дополнительный, но необязательный контакт в качестве клеммы заземления.

• Связанное сообщение: Как подключить однополюсный однопозиционный переключатель (SPST) в соответствии с IEC и NEC?

SPDT (однополюсный двухпозиционный)

Переключатель SPDT имеет в основном три контакта (клеммы) и дополнительную клемму заземления. Входной разъем известен и используется как «общий», который также называется двухсторонним переключателем (известным в США как трехсторонний переключатель). Остальные два терминала называются путешественниками (выходными терминалами).

С помощью этого переключателя можно одновременно управлять двумя цепями. Из-за этой функциональности, например. операции переключения, переключатели SPDT также известны как селекторные переключатели.

Другими переключателями, связанными с SPDT, являются SPCO (однополюсное переключение) и SPTT (однополюсное центральное выключение или однополюсное тройное направление).

Ниже представлена ​​схема конструкции и работы однополюсного двухпозиционного переключателя (SPDT), также известного как двухпозиционный переключатель.

• Сообщение по теме: Как подключить однополюсный двухпозиционный переключатель (SPDT) в соответствии с IEC и NEC?

DPST (двухполюсный, однонаправленный)

Переключатель DPST представляет собой два переключателя SPST в одном корпусе и может управляться одним рычагом. Этот переключатель в основном используется там, где необходимо одновременно разорвать (или замкнуть) и землю, и линию, как и при работе 2-полюсного выключателя. Он короткий, имеет два полюса, т. е. может управлять двумя контурами (горячим и нейтральным) и одним ходом, т. е. может выполнять только одну операцию, например, ВКЛ или ВЫКЛ.

Двухполюсный однопозиционный переключатель имеет четыре контактных контакта, т. е. 2 входа и остальные 2 выхода. Переключатели DPST используются для управления одной цепью, в то время как оба контакта необходимы для активации. Например, переключатель DPST используется для разрыва как линейного, так и нейтрального провода для включения и выключения подключенного к нему устройства. Оба контакта разомкнуты в положении ВЫКЛ, а оба контакта замкнуты в положении ВКЛ. Проще говоря, он либо включает, либо выключает две цепи одновременно.

На следующем рисунке показана работа двухполюсного однопозиционного выключателя, рассчитанного на 120–277 В, который замыкает или размыкает оба контакта посредством одной операции.

• Сообщение по теме: Как подключить двухполюсный однопозиционный переключатель? Подключение переключателя DPST?

DPDT (двухполюсный двухпозиционный)

Этот переключатель эквивалентен двум переключателям SPDT, упакованным в один блок. Этот переключатель имеет два общих контакта и четыре сигнальных контакта (всего 6 клемм). Всего на входные контакты этого переключателя можно подать четыре различных комбинации сигналов. Еще один переключатель, связанный с DPDT, — 9.0470 DPCO ( Двойной переключатель полюсов или двухполюсный, центр выключен).

Переключатели DPDT используются для одновременного управления двумя различными электрическими цепями. Хотя он имеет общий рычаг для обеих операций, его можно использовать для двух разных операций, т. е. для положений ВКЛ и ВЫКЛ.

• Сообщение по теме: Как подключить двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT)?

2PMT и 2P6T (двухполюсные, шестиходовые и двухполюсные, многоходовые)

DPMT расшифровывается как Double Pole Multi Throw, а 2P6T сокращенно обозначается как 2-Pole, Multi Throw Switch. Эти виды переключателей состоят из 2-х полюсных и многопозиционных, т.е. их можно использовать для управления двумя независимыми цепями. Эти типы переключателей с общим рычагом используются в качестве переключателей и селекторов для многоходового переключения.

Другими родственными переключателями являются 2P4T, которые используются для управления двумя разными цепями, в то время как остальные могут управляться и подключаться к четырем клеммам. Переключатель 2PMT относится к категории поворотных и селекторных переключателей (обсуждается в следующем разделе).

Поворотные и селекторные переключатели

Селекторные переключатели представляют собой поворотные переключатели с ручкой, которая вращается вокруг своей оси и переключает и соединяет общую клемму со многими выходными клеммами. Он аналогичен ручному переключателю в цифровом или аналоговом мультиметре, основанном на принципе работы демультиплексора, электрических средств измерения и измерения, селекторов радиодиапазонов, селекторов каналов в системе связи и т. д.

Поворотный переключатель может иметь несколько полюса и броски для различных цепей. Селекторные переключатели доступны в различных диапазонах, т.е. 1P-12-позиционный, 2P-6-позиционный (2P6T), 3P-4-позиционный и 4P-3-позиционный и т. д. Он имеет несколько подвижных и неподвижных контактов, где вращающаяся ручка используется для изменения направления переключения. операция переключения с одного на другое.

Похожие сообщения:

• • Как управлять одной лампой из трех разных мест с помощью двухпозиционных переключателей?
  • Как подключить потолочный вентилятор? Диммерный переключатель и проводка пульта дистанционного управления
  • Схема электропроводки на лестнице. Как управлять лампой с двух мест с помощью двухпозиционных переключателей?

Промежуточный переключатель

Промежуточный переключатель также известен как четырехпозиционный переключатель в США (и трехпозиционный переключатель в Великобритании и ЕС). Он имеет четыре клеммы, которые используются для направления потока тока из одного положения в другое. Эти переключатели используются для управления одним устройством, например, лампочкой, из разных мест. Например, для управления лампочкой из двух разных мест или просто конфигурацией проводки на лестнице.

Промежуточный переключатель также называется переключателем переключения или перекрестным переключателем.

Ранее мы публиковали подробный пост о промежуточном переключателе , его конструкции, работе и применении.

На рисунке ниже показана базовая конфигурация и принцип работы промежуточного переключателя.

• Сообщение по теме: Как подключить 4-контактный переключатель (NEC) или промежуточный переключатель как 3-контактный (IEC)?

Тумблер

Тумблеры представляют собой переключатели с защелкой, которые приводятся в действие рычагом, наклоненным в одном или нескольких направлениях. Этот переключатель находится в стабильном состоянии и остается в этом состоянии до тех пор, пока рычаг не будет нажат в другом направлении. Большинство бытовых устройств (таких как переключатели управления освещением) имеют тумблер, и он может относиться к любой категории, как указано выше, например. SPST, DPDT, DPST, DPDT и т. д.

Они доступны для сильноточных приложений до 30+ ампер и могут использоваться для операций переключения малых токов. Номинальные параметры, форма и конструкция могут варьироваться в зависимости от требований схемы и приложений.

Ползунковый переключатель

Как видно из названия, ползунковый переключатель использует ползунок в качестве привода, который скользит вперед и назад для замыкания и размыкания контактов. На следующем рисунке показан ползунковый переключатель SPDT (однополюсный на два направления), который используется для управления потоком тока в цепи.

Используется для управления включением и выключением цепи, в то время как другие версии, например, двойные полюса и броски и т. д. используются для перенаправления тока с одного направления на другое и управления многими функциями при операциях переключения.

• Похожие сообщения: Как подключить автоматическое и ручное переключение и переключатель резерва – (1 и 3 фазы)

Кнопочный переключатель

Как следует из названия, кнопочные переключатели представляют собой переключатели мгновенного действия, которые приводятся в действие нажатием (нажатием) на некоторое время. Пружинный механизм привода внутри него используется для замыкания или размыкания цепи для операций ВЫКЛ и ВКЛ.

При нажатии кнопочного переключателя подвижные контакты, прикрепленные к кнопке, обязательно соединяют статические (стационарные или устойчивые) контакты последовательно, чтобы образовать цепь. Когда давление сбрасывается, контакты штифтов отсоединяются, и схема возвращается в исходное положение либо ВКЛ, либо ВЫКЛ.

Они, как правило, NO, NC или двойного действия, которые используются для управления двумя разными цепями. Примерами кнопочных переключателей являются дрели, воздуходувки, дверные звонки и т. д.

Как подключить комбинированный выключатель и розетку?

Концевой выключатель

Концевой выключатель приводится в действие автоматически (механическими частями или машиной) или вручную объектом в системах управления. Рычаг бампера в переключателе используется в качестве исполнительного механизма, и при нажатии или соприкосновении с объектом он меняет направление протекающего тока, следовательно, изменяет положение и работу цепи.

Некоторыми примерами концевых выключателей являются кнопочные концевые выключатели, которые приводятся в действие движением механических частей машин или других объектов. Другим примером является кнопочный двухполюсный концевой выключатель с двумя полюсами, который используется для управления двумя отдельными цепями, например. он разрывает одну цепь и сразу же замыкает другую.

Похожие сообщения:

• Как управлять водонагревателем с помощью переключателей?
• Как подключить потолочный вентилятор с помощью диммера?
  

Реле расхода

Реле расхода используются для обнаружения и контроля потока воздуха или движения жидкости (например, воды, масла и т. д.) в соединенных воздуховодах и трубах. Когда воздух или жидкость текут выше пределов в металлических или пластиковых трубах, пружинный механизм перемещает металлический рычаг микровыключателя, что приводит к замыканию или размыканию контактов, следовательно, работа системы изменяется.

Реле протока может быть как нормально замкнутым, так и нормально разомкнутым, которые используются для управления воздушным потоком или движением жидкости в трубах, воздуховодах, резервуарах и т. д.

Поплавковый выключатель

поплавковый переключатель, который управляет цепью или механизмом внутри резервуара, наполненного жидкостью (например, резервуара для воды). Он определяет уровень жидкости и включается или выключается, когда уровень жидкости поднимается или падает в соответствии с требованиями.

Например, когда уровень воды падает ниже обозначенной линии, контактные рычаги и стержень замыкают контакты, которые запускают цепь, следовательно, включается насос (двигатель переменного или постоянного тока), и резервуар для воды снова начинает работать. полный жидкости. Точно так же, когда резервуар для воды полон, рычаг размыкает клеммные контакты, и моторные насосы автоматически выключаются. Весь процесс автоматический и одновременный с помощью поплавкового выключателя.

Реле давления

Реле давления используются для обнаружения и управления воздухом или газом под давлением в промышленности. Различные типы (например, с металлическим сильфоном, поршневого типа и мембранного действия) реле давления широко используются в пневматических устройствах и гидравлических системах для измерения различных уровней давления.

Однополюсные или двухполюсные реле давления управляются датчиками давления, которые запускают контракт на открытие или закрытие для изменения положения системы.

Похожие сообщения:

• Как подключить комбинированный переключатель AFCI?
• Как подключить комбинированный выключатель и розетку GFCI?

Джойстик-переключатель

Джойстик (также известный как джойстик или шляпа переключатель ) — это переключатель с подсоединенным к нему рычагом. Рычаг свободно перемещается там, где направленное движение соединяет различные клеммы переключателя для управления цепью. Контакты переключателя можно активировать, перемещая стик в правое, левое, верхнее и нижнее положение.

Они в основном используются в игровых контроллерах, строительной технике, портативном оборудовании управления, управлении движением камеры, грузовиках, экскаваторах и кранах в промышленности.

Температурные и термовыключатели

Тепловые и температурные переключатели зависят от температуры, когда термочувствительный элемент (например, биметаллическая пластина) изгибается в результате теплового расширения, т. е. под воздействием тепла. Например, когда температура повышается и превышает заданный уровень, биметаллическая полоска расширяется и разрывает контакт, следовательно, цепь размыкается.

При снижении температуры ниже уровня биметаллическая полоса сжимается (и возвращается в нормальное положение), что приводит к замыканию контактов, таким образом, контакты замыкаются, замыкая цепь.

Примерами термовыключателей являются термовыключатель НЗ, термовыключатель НО. ртутные стеклянные трубки и тепловые реле и т. д., которые используются для защиты от перегрузки электрических машин.

Таймер

Как цифровые, так и аналоговые таймеры (также называемые таймерами) используются для выдержки времени в определенных приложениях. Реле времени можно настроить с помощью часового механизма механического таймера, где он замыкает или размыкает контакт по истечении времени (установки) и, следовательно, включает или выключает подключенную цепь от источника питания.

Таймерные выключатели с помощью контактора и реле используются в силовых цепях, таймерах водонагревателей, управлении центральным отоплением, транспортных средствах, таймерах сна в телевизорах и т.д., которые работают на механизме времени.

• Связанный пост: Как найти напряжение и силу тока выключателя, вилки, розетки и розетки?

Электрические и электронные переключатели

Электрические и в основном электронные переключатели представляют собой твердотельные устройства на основе полупроводниковых материалов с быстрым откликом, точным управлением и небольшими размерами по сравнению с механическими и электромеханическими переключателями. Твердотельные переключатели основаны на основных компонентах, таких как диоды, SCR, MOSFET, GTO, IGBT, транзисторы, реле и т. д.

Электронные переключатели не имеют физических контактов или движущихся частей и могут автоматически управляться электрическими сигналами или запрограммированными схемами, такими как микроконтроллер или микропроцессор. Они точны в работе для стабильности и надежности системы без шума при переключении.

Они используются во многих современных приложениях, таких как приводы VFD для двигателей, HVAC и в промышленности, автоматизации, автомобилестроении, аэрокосмической промышленности, робототехнике и многих других коммерческих приложениях.

Давайте обсудим некоторые из основных типов электронных переключателей один за другим следующим образом.

Диод в качестве переключателя

В качестве переключателя можно использовать обычный диод с PN-переходом. Диод при прямом смещении действует как замкнутый переключатель, а при обратном смещении — как разомкнутый.

Диод с PN-переходом изготовлен из кремния или германия (полупроводниковые материалы). Когда 0,7 В (0,3 В в случае германия) подается на диод, который является пороговым пределом, он работает в высоком состоянии, т.е. прямое смещение, например. цепь замыкается и по ней начинает течь ток. В устройствах с высокой нагрузкой для операций переключения используются силовые диоды и выпрямители.

Это следующие две операции переключения диода.

• Прямое смещение:  Если на клемму анода подается положительный сигнал, а на катод отрицательный, диод смещен в прямом направлении, поэтому он действует как замкнутый переключатель.
• Обратное смещение:  Если отрицательный сигнал, приложенный к аноду и катоду, положительный, диод находится в обратном смещении, поэтому он действует как разомкнутый переключатель.

На следующем рисунке показан диод, работающий в качестве основного переключателя.

Транзисторы BJT в качестве переключателя:

Транзисторы с биполярным переходом (BJT) можно использовать в качестве обычных переключателей, поскольку они способны блокировать или пропускать электрический ток в различных режимах работы. Например:

• Область насыщения: В этом режиме оба перехода биполярных транзисторов находятся в прямом смещении. Эта область используется для включения переключателя, где i _c = i _sat .
• Область отсечки:  В области отсечки оба перехода биполярного транзистора находятся в обратном смещении. Здесь BJT работает как выключенное состояние переключателя, где i _c  = 0 .

Давайте посмотрим, как транзисторы PNP и NPN работают как переключатели?

Транзистор NPN в качестве переключателя

Когда на входе инвертора высокий уровень «+5 В», транзистор NPN насыщается, а его выход низкий «≈0 В». Когда на входе инвертора низкий уровень, транзистор закрыт, а на его выходе высокий уровень. короче

• В области насыщения он находится во включенном состоянии, как замкнутый переключатель
• В области отсечки он находится в состоянии «ВЫКЛ», как разомкнутый выключатель.

Транзистор PNP в качестве переключателя  

В этой схеме переключения эмиттер подключен к источнику согласованного напряжения, коллектор подключен к нагрузке (светодиод), а затем заземлен, в то время как вход такой же, как и Транзистор PNP т. е. базовый терминал. В этой конфигурации ток течет от источника через транзистор к нагрузке и, наконец, к земле.

Короче говоря,

• Если базовое напряжение отрицательное (земля или низкое) = транзистор включен, как замкнутый переключатель.
• Если базовое напряжение положительное (высокое) = транзистор выключен, как открытый ключ.

Похожие сообщения:

• Простая схема сенсорного переключателя с использованием таймера 555 и транзистора BC547
• Цепь переключателя хлопков с таймером IC 555 и без таймера

МОП-транзистор в качестве переключателя:

Подобно транзисторам, МОП-транзисторы широко используются в качестве переключающих устройств в силовой электронике даже для высоких частот в МГц.

A MOSFET (металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор ) имеет три контакта.

1. Ворота (вход)
2. Слив (выход)
3. Источник (общий)

MOSFET (P-Channel или N-Chanel) — это устройство, управляемое напряжением. Включение и выключение MOSFET в качестве переключающего устройства можно контролировать, управляя напряжением затвор-исток (вход). Операция переключения MOSFET выглядит следующим образом:

• Область отсечки:  В этой области МОП-транзистор остается выключенным и ток стока отсутствует I _D . Когда MOSFET используется в качестве переключателя, он использует эту область как выключенное состояние или разомкнутый переключатель.
• Область насыщения:  В области насыщения МОП-транзистор допускает постоянный ток между истоком и стоком. Он действует как включенный или замкнутый переключатель.

SCR в качестве переключателя

SCR расшифровывается как Silicon Controlled Rectifier в качестве тиристора, используемого в высокоскоростных коммутационных устройствах, таких как выпрямители и управление мощностью в промышленности. Он имеет три терминала, а именно анод, катод и затвор.

SCR представляет собой четырехслойное однонаправленное устройство с тремя соединениями, то есть PNPN и J1, J2 и J3. Они также известны как переключатели PN PN Junction или Latching (по аналогии с цифровыми защелками), где их можно использовать в качестве переключателей ON и OFF, контролируя входное напряжение затвора и операции смещения.

IGBT в качестве переключателя

IGBT расшифровывается как биполярный транзистор с изолированным затвором, который представляет собой комбинацию транзисторов BJT и MOSFET. Он имеет три вывода, а именно: эмиттер, коллектор и затвор. Они используются для высокоскоростных коммутационных приложений.

Подобно транзисторам BJT и MOSFET, IGBT можно использовать для включения и выключения следующим образом: выключен, как открытый переключатель.

Когда V _GE превышает пороговое значение, I _C начинает увеличиваться, и устройство включается.

GTO в качестве переключателя

A GTO означает Gate Turn OFF — полупроводниковое полностью управляемое однонаправленное переключающее устройство на основе тиристора. Он имеет три вывода, а именно анод, катод и затвор.

GTO можно использовать в качестве переключателя для приложений ВКЛ и ВЫКЛ, когда операция переключения может управляться через клемму затвора.

• Связанная статья: Принципиальная схема автоматического выключателя света в ванной и принцип работы

DIAC в качестве коммутатора

DIAC — это аббревиатура от Diode for AC. Это двунаправленный полупроводниковый неуправляемый переключатель, способный проводить ток в обоих направлениях.

Это устройство с двумя клеммами (а именно, главные клеммы MT1 и MT2), состоящее из комбинации двух SCR без клемм ворот.

DIAC начинает проводить ток, когда приложенное напряжение превышает напряжение пробоя V _BO . Основная функция DIAC — помощь в запуске и активации TRIAC для выполнения операций симметричного переключения.

TRIAC в качестве переключателя

TRIAC сокращенно означает «Триод для переменного тока». Подобно DIAC, это двунаправленный полупроводниковый управляемый переключатель, способный проводить ток в обоих направлениях.

Он имеет три клеммы (а именно, основные клеммы MT1 и MT2 и ворота), имеющие 4-уровневое устройство с встречно подключенными SCR в одном блоке, который используется для регулирования мощности в цепях переменного тока, управления скоростью вентиляторов и двигателей, диммеры в лампах и светильниках и т. д.

DIP-переключатели

DIP-переключатели, сокращенно Dual Inline Package, представляет собой контейнер компактного размера, в котором несколько переключателей упакованы вместе в двойной встроенный пакет, который в основном используется в макетных платах и ​​печатных платах (PCB). ).

Электромеханическая версия серии переключателей в одном DIP-блоке управляется ручным перемещением исполнительного механизма ВКЛ и ВЫКЛ. Цифровая версия автоматически переключает переключатель и меняет работу схемы на основе входных сигналов.

Реле в качестве переключателя

a реле представляет собой электрический переключатель , который управляет (переключатель ВКЛ и ВЫКЛ ) цепью высокого напряжения, использующей источник низкого напряжения. Реле полностью изолирует цепь низкого напряжения от цепи высокого напряжения, поэтому его можно использовать в качестве защитного устройства.

Как электротехнические, так и твердотельные реле доступны с несколькими полюсами и направлениями, такими как (SPST NO — форма A, SPST NC — форма B, SPDT — SSR — форма C и DPDT и т. д.).

Принцип работы переключения различается как для твердотельных, так и для обычных реле, таких как EMR, SSR, гибридные, герконовые и тепловые реле. Коммутационные свойства реле зависят от системных требований и могут использоваться, например, реле мгновенного включения SSR, переключение нуля, реле SSR с пиковым переключением и реле SSR с аналоговым переключением.

На следующей принципиальной схеме показана базовая принципиальная схема релейного переключателя для электронного переключателя.

• Связанный пост: Схема электронного релейного переключателя – релейные переключатели каналов NPN, PNP, N и P со схемами

Символы переключателей

В следующей таблице показаны различные символы, используемые для переключателей.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить

Это базовое руководство по электромеханическим переключателям, электрическим переключателям и электронным переключателям, их символам, конструкции и работе. В следующих постах мы покажем, как подключать переключатели один за другим для разных устройств и приложений.

Похожие сообщения

• Предохранители и типы предохранителей
• Типы электрических проводов и кабелей
• Типы датчиков с приложениями
• Типы автоматических выключателей — работа и применение
• Типы систем пожарной сигнализации и схемы их подключения
• Счетчик и типы электронных счетчиков
• Типы резисторов и их применение
• Типы катушек индуктивности и их применение
• Типы конденсаторов и их применение
• Основные руководства по электромонтажу
• Разница между автоматическими выключателями MCB, MCCB, ELCB и RCD (RCB или RCCB)
• Типы солнечных панелей
• MCB (миниатюрный автоматический выключатель) – конструкция, работа, типы и применение
• Типы электрических чертежей и диаграмм
• Символы переключателей и кнопок

Полное руководство по электронным переключателям

Переключатели замыкают или размыкают соединения в цепи. Они также позволяют пользователям изменять путь текущего потока, прерывая или отклоняя его. Короче говоря, он может подключать и отключать проводящий путь или активировать и деактивировать различные функции цепи. В каждом приложении электроники наличие системы управления жизненно важно. И системы управления не могут выполнять операции без этих переключателей.

Переключатель работает через контакты; когда контакты соприкасаются, через них может проходить ток. В противном случае по всей цепи не будет протекать ток. Контакты могут работать попеременно, одновременно или последовательно. Переключатель может управляться вручную или электронным способом.

Ниже приведены схемы разомкнутого и замкнутого выключателя. На этих схемах используется наиболее распространенный переключатель в простых схемах — переключатель SPST. По сути, это диаграммы, показывающие включенное и выключенное состояние схемы.

Переключатели по типу привода

Тумблеры

Переключатели, которые управляются рукоятками или рычагами для управления потоком электрического тока или электрического сигнала, называются тумблерами. Эти переключатели приводятся в действие вручную ручкой или рычагом. Это шарнирный переключатель, который может принимать положения двух состояний – ВКЛ и ВЫКЛ.

Будучи простыми в эксплуатации, тумблеры используются в самых разных областях. Они используются для коммерческих и бытовых приборов и обычно используются в качестве переключателей управления освещением. Некоторые тумблеры также имеют откидные крышки для защиты или предотвращения ложного переключения. Поскольку это двухпозиционный переключатель, на схемах он обозначается символом SPST, как показано ниже. В приведенных выше примерах схематических диаграмм использовался тумблер.

Кнопочные переключатели

Кнопочные переключатели мгновенного действия — это переключатели, которые остаются в определенном состоянии только до тех пор, пока не будут нажаты. Эти переключатели могут быть нормально разомкнутыми или нормально замкнутыми. На первом изображении ниже показан нормально разомкнутый кнопочный переключатель, а на втором — нормально замкнутый кнопочный переключатель.

Ниже приведен пример принципиальной схемы с использованием нормально разомкнутого кнопочного переключателя.

Поворотные переключатели

Поворотный переключатель — это переключатель, приводимый в действие вращением. Поворотные переключатели имеют вращающийся шпиндель. Как следует из названия, поворотные переключатели управляются поворотом ручки или вращающегося шпинделя. Они движутся по кругу и могут останавливаться в нескольких положениях. Выбор правильного положения активирует соответствующие соединения. Поскольку поворотные переключатели могут иметь много положений, они позволяют соединить конкретную точку с одной из нескольких точек в электронной схеме.

В то время как поворотные переключатели можно найти на многих типах промышленного оборудования, их также можно найти в потребительском оборудовании, таком как автомобили, для регулировки таких вещей, как скорость вентилятора и таймер стиральной машины. Поскольку сложные операции переключения в настоящее время более доступны и используются, поворотные переключатели становятся менее распространенными. Однако эти переключатели все еще используются и доступны. Ниже приведено схематическое обозначение трехпозиционного поворотного переключателя.

Магнитные герконы

Магнитные герконы называются магнитными герконами. Это небольшие электромагнитные переключатели, используемые для управления потоком электричества в цепи. Когда эти устройства подвергаются воздействию магнитного поля, два ферромагнитных материала внутри них сближаются и замыкают переключатель. Без воздействия магнитного поля язычки расходятся, открывая переключатель. Это делает его отличным бесконтактным переключателем.

Внутренние и оконные датчики для систем охранной сигнализации обычно используют магнитные герконы. Стандартные герконы — SPST. Ниже приведено схематическое обозначение стандартного геркона.

Ниже приведен пример принципиальной схемы с использованием магнитного геркона.

DIP-переключатели

DIP-переключатели или двойные линейные переключатели изменяют режим работы устройства посредством его положения. Это ручные электрические выключатели, упакованные группой в стандартную линейную упаковку. Их часто используют в качестве альтернативы перемычкам, потому что с ними проще работать и с меньшей вероятностью они потеряются. DIP-переключатели обычно используются для установки кодов безопасности на открывателях гаражных ворот. Существует множество различных типов DIP-переключателей. Некоторые из наиболее распространенных типов — слайд, качалка, боковые и поворотные типы.

DIP-переключатели по-прежнему широко используются в промышленном оборудовании, поскольку они недороги и их легко встраивать в схемы, хотя их популярность снижается. Ниже приведены схематические обозначения ДИП с тремя и четырьмя исполнительными механизмами.

Конфигурации переключателей

Знакомы с переключателями SPST, SPDT, DPST и DPDT? На самом деле это типы коммутаторов, основанные на их конфигурации.

Соединение, которое они создают в цепи, определяет эти типы переключателей. Они классифицируются на основе количества полюсов и бросков. Полюсов — это количество цепей, которые можно переключать, а — число — количество положений, которые может принять переключатель. Количество бросков представляет собой количество состояний, в которых ток может проходить через переключатель.

Переключатель SPST es

Переключатель SPST (однополюсный, однонаправленный) является переключателем включения и выключения. Одиночные цепи обычно используют этот тип переключателя.

Переключатель SPDT

Переключатель SPDT (однополюсный, двухпозиционный) является двухпозиционным переключателем. При использовании этого переключателя может быть два пути протекания тока, и это зависит от положения переключателя.

Переключатель DPST

Переключатель DPST (двухполюсный, однонаправленный) имеет два входа и два выхода. Этот переключатель позволяет управлять двумя выходами — либо оба включены, либо оба выключены, поскольку это однопозиционный переключатель.