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什么是Switch?什么是不同类型的开关?

在本教程中,我们将学习什么是开关,什么是不同类型的开关,机械开关,电子开关,它们的符号,以及更多关于开关的东西。

什么是Switch?

开关是一种用来中断电路中电流流动的装置。简单地说,一个开关可以制造或破坏电路。每个电气和电子应用都使用至少一个开关来执行设备的ON和OFF操作。

因此,开关是控制系统的一部分,没有开关就无法实现控制操作。开关可以执行两种功能,即完全开(通过关闭触点)或完全关(通过打开触点)。

当开关的触点闭合时,开关为电流流动创建了一个闭合路径,因此负载消耗源的功率。当开关的触点处于打开状态时,如下图所示的负载不会消耗任何电力。

交换机基本操作

开关的另一个重要功能是转移电路中的电流。考虑下面的电路。当开关在位置A时,灯1灯亮,当开关在位置B时,灯2灯亮。

开关的应用非常广泛,广泛应用于家庭、汽车、工业、军事、航空航天等领域。在家庭和办公室应用中,我们使用简单的摇杆开关来打开和关闭电器,如灯、电脑、风扇等。在某些应用中,采用多路开关(如建筑布线),其中两个或多个开关连接在一起,以控制来自多个位置的电气负载,例如双向开关。

交换机特性

在进一步研究不同类型的开关之前,让我们先看看关于开关特性的一些要点。

  • 开关的两个重要特性是开关杆和开关杆。杆子代表触点,投掷代表触点到触点的连接。用杆数和投掷数来描述开关。
  • 一些标准的杆数和投掷是单杆(1杆或1掷)和双杆(2杆或2开关)。
  • 如果撑杆或投掷的数量大于2,则通常直接使用该数字。例如,三杆六掷开关通常表示为3P6T。
  • 开关的另一个重要特征是它的动作,即它是瞬时动作还是锁存动作。瞬时开关(例如,像按钮)用于产生瞬时接触(在很短的时间内或只要按下按钮)。
  • 在手上的闭锁开关,保持触点,直到它被迫到另一个位置。

类型的开关

基本上,开关可以有两种类型。它们是:

  • 机械
  • 电子

机械开关是物理开关,必须通过移动、按压、释放或触摸触点来物理激活。

另一方面,电子开关不需要任何物理接触就可以控制电路。它们是由半导体作用激活的。

机械开关

机械开关可以根据以下几个因素分为不同的类型:驱动方式(手动、限位和过程开关)、触点数量(单触点和多触点开关)、杆和抛掷数量(SPST、DPDT、SPDT等)、操作和结构(按钮、拨动、旋转、操纵杆等)、基于状态(瞬时和锁定开关)等。

交换机按功能配置

根据投掷杆和投掷杆的数量,开关分为以下几种类型。极点表示可以切换的单个功率电路的数量。大多数开关设计为一极、二极或三极,并有单极、双极和三极之分。

抛出的次数表示电流可以通过开关的状态的数量。大多数开关设计为一个或两个投掷,这被指定为单投掷和双投掷开关。

单刀单掷开关(SPST)

单极单掷开关符号及图像

单刀单掷开关实例

  • 这是一个基本的ON和OFF开关,由一个输入触点和一个输出触点组成。
  • 它开关一个电路,它可以使(ON)或断开(OFF)负载。
  • SPST的触点可以是常开配置,也可以是常闭配置。

单刀双掷开关(SPDT)

单极双掷开关符号与图像

单刀双掷开关实例

  • 该开关有三个端子:一个是输入触点,其余两个是输出触点。
  • 这意味着它由两个开位置和一个关位置组成。
  • 在大多数电路中,这些开关被用作转换,以连接两个可选输出之间的输入。
  • 默认连接到输入端的触点称为常闭触点,ON操作时连接的触点称为常开触点。

双杆单掷开关(DPST)

双杆单掷开关符号与图像

双杆单掷开关实例

  • 该开关由四个端子组成:两个输入触点和两个输出触点。
  • 它的行为就像两个独立的SPST配置,同时操作。
  • 它只有一个ON位置,但它可以同时驱动两个触点,这样每个输入触点将连接到相应的输出触点。
  • 在OFF位置,两个开关都处于打开状态。
  • 这种开关用于同时控制两个不同的电路。
  • 此外,该开关的触点可以是常开或常闭的配置。

双刀双掷开关(DPDT)

双杆双掷开关符号和图像

双杆双掷开关示例

  • 这是一个双开/关开关,由两个ON位置组成。
  • 它有六个端子,两个是输入触点,其余四个是输出触点。
  • 它的行为就像两个独立的SPDT配置,同时操作。
  • 两个输入触点连接到位于一个位置的一组输出触点上,在另一个位置上,输入触点连接到另一组输出触点上。

按钮开关

按钮符号和图像

  • 这是一个瞬间触点开关,只要施加压力(或按下按钮),就可以接通或断开连接。
  • 一般来说,这种压力是由手指按下的按钮提供的。
  • 一旦解除压力,这个按钮就会回到正常位置。
  • 内部弹簧机构操作按钮的这两种状态(按下和释放)。
  • 它由定触点和动触点两部分组成,其中定触点与待开关电路串联连接,动触点附有一个按钮。
  • 按钮主要分为常开、常闭和双作用按钮,如图所示。
  • 双作用按钮一般用于控制两个电路。

拨动开关

ToggleSwitch

  • 拨动开关是由机械手柄、杠杆或摇动机构手动驱动(或推上或推下)的。这些通常用作光控制开关。
  • 这些开关大多带有两个或两个以上的杠杆位置,在SPDT, SPST, DPST和DPDT开关的版本中。这些用于开关大电流(高达10a),也可用于开关小电流。
  • 这些可在不同的评级,大小和风格,并用于不同类型的应用。ON条件可以是它们的任何水平位置,然而,按照惯例向下是关闭或ON位置。

限位开关

限位开关符号和图像

  • 一种限位开关的控制方案如图所示,其中有四种限位开关。
  • 有些开关是由物体的存在或物体的存在或由机器的运动而不是人的手操作来操作的。这些开关称为限位开关。
  • 这些开关由一个物体驱动的保险杠式臂组成。当这个保险杠臂被驱动时,它导致开关触点改变位置。

浮子开关

浮动开关标志

  • 浮子开关主要用于根据水箱或水池中的液体或水来控制直流和交流电机泵。
  • 当浮子(或漂浮物)随槽内水位上下移动时,触发此开关。
  • 这种杆或链组件和配重的浮动运动导致打开或关闭电气触点。浮子开关的另一种形式是水银灯泡式开关,它不包含任何浮子杆或链条装置。
  • 这种灯泡由水银触点组成,当液位上升或下降时,触点的状态也会发生变化。
  • 浮球开关符号如上图所示。这些浮动开关可以是常开型或常闭型。

流量开关

流量开关的象征

  • 这些主要用于检测液体或空气通过管道或风管流动的运动。气流开关(或微动开关)是由一个抓动装置构成的。
  • 这个微动开关连接在一个金属臂上。在这个金属臂上,连接着一块薄薄的塑料或金属片。
  • 当大量空气通过金属或塑料片时,会引起金属臂的运动,从而操作开关的触点。
  • 液体流量开关设计有一个插在管道中流动液体的桨叶。当液体流经管道时,施加在桨叶上的力改变了触点的位置。
  • 上图显示了用于空气流量和液体流量的开关符号。开关上的标志标志表示感知液体流动或运动的桨。
  • 这些开关又是常开或常闭类型的配置。

压力开关

  • 这些开关通常用于工业应用,以感知液压系统和气动装置的压力。
  • 根据被测压力的范围不同,这些压力开关分为膜片式压力开关、金属波纹管式压力开关和活塞式压力开关。
  • 在所有这些类型中,压力检测元件操作一组触点(可以是双极或单极触点)。
  • 此开关符号由连接到线的半圆组成,其中平面部分表示隔膜。这些开关可以是常开型或常闭型配置。

温度开关

温度开关的象征

  • 最常见的热感测元件是基于热膨胀原理工作的双金属带材。
  • 双金属条是由两种不同的金属(具有不同的热膨胀率)制成的,并相互粘结在一起。
  • 当温度导致带材弯曲或缠绕时,开关触点操作。另一种操作温度开关的方法是使用水银玻璃管。
  • 当灯泡被加热时,管内的水银会膨胀,然后产生压力来操作触点。

操纵杆开关

操纵杆开关标志

  • 摇杆开关是一种主要用于便携式控制设备的手动驱动控制装置。
  • 它由一个在多个运动轴上自由移动的杠杆组成。
  • 根据所推杠杆的运动,一个或多个开关触点被驱动。
  • 这些是理想的适合降低,提高和触发运动向左和向右。
  • 它们用于建筑机械、电缆控制和起重机。操纵杆的符号如下所示。

旋转开关

旋转开关的象征

  • 它们用于将一条线连接到多条线中的一条。
  • 这些开关的例子有电气计量设备中的距离选择器、通信设备中的信道选择器和多波段无线电中的波段选择器。
  • 它由一个或多个活动触点(旋钮)和多个固定触点组成。
  • 这些开关有不同的接点安排,如单极12路,3极4路,2极6路和4极3路。

电子开关

电子开关通常被称为固态开关,因为没有物理运动部件,因此没有物理接触。大多数电器由半导体开关控制,如电机驱动和暖通空调设备。

在今天的消费,工业和汽车市场有不同类型的固态开关,有不同的尺寸和等级。其中一些固态开关包括晶体管、可控硅、mosfet、triac和igbt。

双极晶体管

晶体管要么允许电流通过,要么像普通开关一样阻止电流通过。

在开关电路中,晶体管在OFF或电流阻塞状态下工作在截止模式,在ON状态下工作在饱和模式。晶体管的有源区不用于开关应用。

BJT为Switch NPN和PNP

当提供足够的基极电流时,NPN和PNP晶体管都被操作或接通。当一个小电流流过由驱动电路(连接在基极和发射极之间)提供的基极端子时,它导致晶体管打开集极-发射极路径。

当基极电流被移除,基极电压被降低到一个轻微的负值时,它被关闭。即使它利用小的基极电流,它也能够通过集电极-发射极路径携带更高的电流。

功率二极管

二极管可以在其高、低状态阻抗状态之间进行切换操作。硅和锗等半导体材料被用于制造二极管。

通常情况下,功率二极管使用硅构造,以便在更高的电流和更高的结温度下操作器件。它们是通过将p型和n型半导体材料连接在一起形成PN结而构成的。它有两个端子,即阳极和阴极。

当阳极相对于阴极为正,并通过施加大于阈值水平的电压,PN结向前偏置并开始导电(如ON开关)。当阴极端相对于阳极为正时,PN结反向偏置,它阻断电流流动(像OFF开关)。

场效应晶体管

也许最流行和最常用的半导体开关器件是MOSFET。金属氧化物半导体场效应晶体管(场效应晶体管)是一种单极高频开关装置。它是电力电子应用中最常用的开关装置。它有三个端子,即漏极(输出)、源极(公共)和门极(输入)。

这是一个电压控制装置,即通过控制输入(栅源)电压,控制漏极和源之间的电阻,进而决定了装置的ON和OFF状态。

mosfet符号n通道和p通道

mosfet可以是p通道或n通道器件。n沟道MOSFET通过施加一个正V被调谐为ONGS(只要VGS应大于阈值电压)。

p沟道MOSFET的工作方式与n沟道MOSFET相似,但它使用反向的电压极性。两个VGS和VDD对源是负的以打开p沟道MOSFET。

IGBT

IGBT(绝缘栅双极晶体管)结合了双极结功率晶体管和功率MOSFET的几个优点。与MOSFET一样,它是电压控制器件,具有较低的ON状态电压降(小于MOSFET,更接近功率晶体管)。

它是一种三端半导体高速开关器件。这些端子是发射极、集电极和栅极。

与MOSFET类似,IGBT可以通过在栅极和发射器之间施加一个正电压(大于阈值电压)来打开。通过将栅极-发射极之间的电压降低到零,IGBT可以被关闭。在大多数情况下,它需要一个负电压来减少关闭损失和安全关闭IGBT。

可控硅

可控硅整流器(可控硅)是电力控制应用中应用最广泛的高速开关设备之一。它是一种像二极管一样的单向器件,由阳极、阴极和栅三个端子组成。

可控硅通过控制栅极输入和阳极和阴极的偏置条件来打开和关闭。可控硅由四层交替的P和N层组成,每层的边界形成连接J1, J2和J3。

可控硅符号和集成电路

双向可控硅

双向可控硅(或颂歌交流)开关是一种双向开关装置,它是两个背对背可控硅与一个门端子连接的等效电路。

其控制交流功率在电压波形的正负峰值的能力通常使这些设备用于电机速度控制器,调光器,压力控制系统,电机驱动器和其他交流控制设备。

双向开关二极管

一个双向开关二极管(或颂歌交流开关)是双向开关装置,它由两个终端组成,这两个终端不被命名为阳极和阴极,因为它是一个双向设备,即DIAC可以在任何一个方向上操作,而不管终端标识。这表明DIAC可以在任何一个方向上使用。

双向开关二极管符号

当电压通过DIAC施加时,它要么以正向阻塞模式工作,要么以反向阻塞模式工作,除非施加的电压小于导通电压。一旦电压增加到超过导通电压,就会发生雪崩导通,器件开始导电。

门关断晶闸管

一个矩形脉冲断开(闸关可控硅)是一种双极半导体开关器件。它有三个端子:阳极,阴极和栅极。顾名思义,这种开关设备能够通过门端子关闭。

GTO通过施加一个小的正栅极电流来打开,从而触发传导模式。它可以通过对栅极的负脉冲关闭。GTO符号由栅极端子上的双箭头组成,表示电流通过栅极端子的双向流动。

闸关晶体管符号

结论

关于开关的简单教程,不同类型的开关,开关的特性,机械开关,电子开关,所有开关的电路符号,以及重要开关的示例电路(或连接)。

13的反应

  1. 我有一个问题。

    在我的拖车里,照明集群包含卤素点和多个led。抛掷开关有一个开和一个关的位置,但它循环有三个开状态:1)卤素,2)LED, 3)卤素加LED。

    这样的开关是如何概念化的?循环行为可以被改变吗?

  2. 先生,你讨论了最重要的话题,你神奇的语言给我留下了深刻的印象。因为你总是提供最有力的信息。
    非常感谢

  3. 尊敬的先生,请告诉我们开关的工作原理以及它是如何与电线连接的…大多数学生不会害怕,不会制造电力的危险,然后他会给我们一个电击,然后告诉我们它是如何连接的.....

  4. 嗨,尽管这篇文章写得很好。缺少的是一种罕见但非常非常重要的机械开关类型。3位拨动开关是一个非常不寻常的开关架构。
    这种开关称为DPDT (ON-ON-ON)开关。我真的很想看到这里的描述,因为我们绝大多数人都不知道内部开关是如何工作的,几乎没有任何解释可以在网上找到我的生活,我就是不能。我找不到这种开关的正式符号(表示)。所以我可以创建一个自己使用PCB创建软件(即Diptrace等等)谢谢

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