作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技術支持工程師

　　開關是我們日常生活中不可或缺的一部分，種類繁多且無處不在。它們有無數的形式，從微小的按鈕到巨大的控件，并包含一系列功能。這種多樣性受到機械或電氣操作以及手動或電子控制等因素的影響，通常可以歸結為個人對美學和用戶界面的偏好。

　　雖然植根于 BJT、MOSFET、IGBT 和其他半導體設計等技術的電子開關由于成本下降和功能擴展而受到越來越多的關注，但機械操作開關仍然是首選開關解決方案。本文將深入研究開關基礎知識，特別關注物理操作和驅動模型，以了解它們如何在形式和功能領域之間架起橋梁。

　　開關基礎知識

　　選擇任何開關的起點都需要掌握桿和投的概念。簡而言之，極點表示單個開關可以控制的電路數量，而投擲表示開關可以選擇的觸點數量。通過簡單的視覺表現可以最有效地理解這一概念。

　　圖 1：SPST 開關圖。 (圖片來源：CUI Devices)

　　對于僅具有單刀單擲的開關(恰當地稱為 SPST)，它提供對單個電路的控制，并且開關能夠簡單地打開和關閉單個觸點。現在，讓我們將其與具有單刀雙擲配置(稱為 SPDT)的開關進行對比。

　　圖 2：SPDT 開關圖。 (圖片來源：CUI 設備)

　　在 SPDT 開關內，仍然有一個受控制的單獨電路，但開關可以在兩個不同的觸點之間轉換。在 SPDT 領域，開關不僅限于打開和關閉電路的行為，還包括電路本身的重定向。

　　圖 3：DPDT 開關圖。 (圖片來源：CUI 設備)

　　對于雙刀雙擲 (DPDT) 開關，單個開關負責控制兩個電路，并且其中的每個開關在兩個觸點之間導航。盡管 SPST、SPDT、DPST 和 DPDT 代表了最流行的開關配置，但對于開關可能擁有的極數和投擲數沒有理論上的限制。當有兩個以上的桿或投擲時，數字標簽將取代“S”或“D”。例如，提供四刀五擲的開關可能會被制造商標記為 4P5T 開關。同樣，具有六次投擲的雙刀可以表示為 DP6T。

　　開關選擇注意事項

　　除了桿和投擲之外，在選擇過程中還需要考慮其他幾種開關規格。下面的列表包括一些更常見的功能，但絕不是詳盡的。

　　尺寸：如前所述，開關有多種形狀和尺寸。從小于一粒米的開關到太大而無法用手移動的開關，尺寸通常取決于預期的應用。工業環境通常采用較大的開關，因為手套會發揮作用或難以進行精細運動，而緊湊的嵌入式設備通常會尋求盡可能小的開關。

　　默認狀態：大多數開關缺乏預定義狀態，但有一些瞬時開關，通常表現出預設狀態，常開 (NO) 或常閉 (NC)。

　　位置：此參數指示單個單元中包含的開關數量。在某些情況下，這個概念可能會被錯誤地與“投擲”互換，但重要的是要認識到位置表示同一單元內的離散開關，每個開關都能夠獨立致動。

　　安裝：與任何電子元件一樣，開關提供多種安裝配置。表面安裝和直通式開關通常與 PCB 上較小的開關相關，而面板安裝和 DIN 導軌安裝開關往往較大。表面貼裝和通孔設置中的一個關鍵考慮因素是稱為“間距”的參數，表示引線的間隔距離。在通孔開關的背景下，間距特別重要，因為適當的間距允許與面包板一起使用。

　　圖 4：在面包板上使用通孔開關。 (圖片來源：CUI 設備)

　　驅動：除了區分手動和電子驅動之外，開關還提供多種驅動方法。這可能包括手動驅動或使用小型螺絲刀或工具。然而，最常見的選擇是在升高或平坦執行器水平之間進行選擇。

　　額定電流和電壓：開關具有廣泛的額定電壓和電流范圍，從幾伏和安培到數百甚至數千。必須始終驗證開關是否能夠適應預期應用的預期電流和電壓額定值。

　　環境因素：這通常是指用于指示交換機防塵和液體防護級別的入口防護或 IP 等級。但是，某些開關可能具有更高的振動靈敏度或防破壞功能。

　　機械開關的類型

　　下面提供的開關類型是機械操作和致動的，它們在較小的便攜式或嵌入式系統中經常遇到，但不限于此。

　　DIP 開關：DIP 開關采用通孔或表面貼裝封裝，最常見的是 SPST 開關陣列。它們非常適合面包板和成品，可實現半永久性選擇。它們有鋼琴、滑動和旋轉形式，用于設備中的選項設置，特別是在工業應用和開發套件中。 DIP 開關比跳線提供更多選擇，并且用戶友好，但不適合頻繁調整。

　　圖 5：DIP 開關示例。 (圖片來源：CUI 設備)

　　旋轉 DIP 開關：作為 DIP 開關的子集，它們具有用于選擇離散選項(通常 4 至 16 個位置)的旋轉格式，并具有平坦或凸起的旋鈕。與線性 DIP 開關一樣，它們有通孔或表面安裝選項。然而，與線性 DIP 開關不同，它們可以以 BCD 或十六進制輸出。雖然結構緊湊且用戶友好，但它們提供單一輸出，并不適合連續使用。

　　圖 6：旋轉 DIP 開關示例。 (圖片來源：CUI 設備)

　　滑動開關：通常被認為是電源開關，滑動開關通過滑動致動器來操作。它們通常是 SPST，可以應對頻繁使用。雖然有些有多個桿或投擲，但這可能會給精確定位帶來挑戰。盡管它們的容量比 DIP 開關更高，但它們仍然保持低功耗，并且通常表面或通孔安裝在 PCB 上。有時，它們在消費電子產品中用作更易于訪問的 DIP 開關，盡管平衡易用性和避免意外啟動可能是一個挑戰。

　　圖 7：滑動開關示例。 (圖片來源：CUI 設備)

　　輕觸開關：輕觸開關因其明顯的咔嗒聲而聞名，是一種小型瞬時按鈕，專為低電壓、低電流信號而設計。它們以穩健性彌補了電子功能的不足，提供了數十萬甚至數千萬的長生命周期。雖然通常為單刀，但它們也可以具有多擲和高 IP 等級。它們廣泛應用于消費電子產品，例如游戲控制器、遙控器、車庫門和各種工業應用，這凸顯了它們由于尺寸小和耐用而受到歡迎。

　　圖 8：觸覺開關示例。 (圖片來源：CUI 設備)

　　翹板開關：翹板開關在中間旋轉以在兩個選項之間切換，通常不是瞬時的。它們通常用作高壓電路的電源開關，其中一些帶有 LED 或白熾燈泡照明以指示開關狀態。它們可以達到 IP 等級，適合惡劣環境。盡管由于尺寸和功能而導致成本略高，但其簡單的界面和驅動使其在消費電子產品中很受歡迎。在工業環境中，它們是撥動開關的補充，并且可能有蓋子以防止意外啟動。

　　圖 9：搖桿開關示例。 (圖片來源：CUI 設備)

　　按鈕開關：按鈕開關通常稱為按鈕或按鈕，具有簡單的進出驅動功能。它們可以是瞬時的，有各種形狀，并且 LED 通常集成用于照明或指示開關的狀態。它們可處理各種電壓和電流，通常安裝在 PCB 或面板上。它們的用戶友好性適合經常有用戶的公共區域。按鈕可以做得很堅固，具有防破壞系列和高 IP 等級，非常適合電梯或地鐵等惡劣環境。然而，與更簡單、更小的按鈕開關型號相比，它們的尺寸、LED 選項和材料可能會導致更高的成本。

　　圖 10：按鈕開關示例。 (圖片來源：CUI 設備)

　　撥動開關：撥動開關因其加長桿而聞名，適合戴手套或精細運動控制有限的情況。突出的控制桿可提供清晰的視覺反饋，無需額外的 LED，其大動作確保了無誤的切換。它們有各種桿和投擲形式，但不太常見地配置為瞬時開關。撥動開關因其易于驅動、快速反饋和安全集成而備受推崇，非常適合工業或科學應用。由于它們在飛機、控制儀表和醫療設備中的關鍵任務用途，它們往往更昂貴。

　　圖 11：撥動開關示例。 (圖片來源：CUI 設備)

　　概括

　　開關是在電子和電氣系統中發揮關鍵作用的基本元件。本文全面概述了交換機的關鍵方面，包括其類型、操作、應用和注意事項。無論是設計消費電子設備還是處理復雜的工業項目，選擇合適的開關都會極大地影響系統的功能和可靠性。 CUI Devices 擁有一系列現成的開關解決方案，可滿足各種開關需求。