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开关本文重定向自 開關

三个按键式的开关,图中的大刻度是英寸。

开关是指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。最常见的开关是让人操作机器装置或下达命令的手动操作开关,其中有一个或数个电子接点。接点的“闭合”(close)表示电子接点导通,允许电流流过;开关的“开路”(open)表示电子接点不导通形成开路,不允许电流流过。

基本结构

用来使三相风力发电机绕组短路,提供刹车机能的三刀单掷(TPST or 3PST)闸刀开关。图中的开关处在“开路”的位置。

最简单的开关有二片名叫“接点”的金属,二接点接触时使电流形成回路,二接点不接触时电流开路。选用接点金属时需考虑其对抗腐蚀的程度,因为大多数金属氧化后会形成绝缘氧化物,使接点无法正常工作。选用接点金属也需考虑其电导率硬度、机械强度、成本及是否有毒等因素[1]。有时会在接点上电镀抗腐蚀金属。一般会镀在接点的接触面,以避免因氧化物而影响其性能。有时接触面也会使用非金属的导电材料,如导电塑胶。开关中除了接点之外,也会有可动件使接点导通或不导通,开关可依可动件的不同为分为杠杆开关(toggle switch)、按键开关、船型开关(rocker switch)、旋转开关、侧拨开关等,而可动件也可以是其他型式的机械连杆。另有非机械式做线路导通的例如电容式触摸开关、电阻式开关、压电开关、光遮断开关、磁簧开关、霍尔开关等

接点配置

一组接点的闭合(closed)是指二接点彼此接触,允许电子从一接点流到另一接点。一组接点的开路(open)是指二接点之间没有彼此接触,在正常电压下不允许电子通过。

有些接点在正常情形下是开路,需要有外力或其他信号才会变成闭路,这种接点称为“常开”接点(Normal Open,英文缩写N.O.或NO)或A接点在英文上又称Break。另外一些有相反特性的接点(正常情形下是闭路,需要有外力或其他信号才会变成开路)称为“常闭”接点(Normal Close,英文缩写N.C.或NC)或B接点在英文上又称Make。上述的缩写常会在配线图中出现——尽管也有许多图直接使用不同的符号区别两者——以便标示需使用的接点特性,有助于配线、分析及问题的诊断。 有些开关同时有上述二种接点,因此可以选择导通常闭接点或常开接点,这时通常会有一共用接点这一个共用点称为"C接点"。

“先闭后开”式的接点,因为切换时先导通要切换过去的接点后,才会断开原来的接点,称为"shorting contact"。

“先开后闭”式的接点,因为切换时先断开原来的接点后,才导通要切换过去的接点,称为"Non-shorting contact"

大部分的开关则是利用弹簧预压后的瞬间力量转换,使得在切换时能快速做接点切换。

需要依应用来决定使用哪一种接点:例如切换两组电源的开关可能需要用“先开后闭”式的接点,以免二个电源同时接通造成短路。

接点弹跳(bounce)

开关弹跳的示波器截图。状态稳定前,介于开与关间有若干次的开关弹跳。

接点弹跳(也称为喋喋(chatter))是一个在机械开关与继电器上普遍的问题。开关与继电器的接点通常由弹性金属制成。当接点一起敲击,接点在冲力与弹力一起作用下,导致弹跳部分在接点稳定前发生一次或多次。结果就是一个快速脉冲电流取代了从零到全电流的明确转换。此效应在电源电路中通常不重要,但是在某些类比电路逻辑电路上就会引起问题,因为这种快速开关反应足够快到会导致上述电路将这类开关脉冲误以为是资料流。[2]

接点弹跳的效应是可以使用水银开关来排除的,但是因为水银外泄的危害使得此种方法不常被使用。其他方法的是在接点电路上加入低通滤波器来降低或消除复合脉冲。在数位系统中,可以采用接点状态的复合取样或施以一段时间的延迟,这样一来,接点弹跳就会在需要的接点输入状态前稳定下来,就可以控制任何事情。有一种方式是用单刀双掷(SPDT: Single Pole, Double Throw)开关来实作,也就是使用SR闩锁[3]这些方法就是所谓的"去弹跳"(debouncing)电路。

由此衍生"去弹跳"(debounce)一词,出现于软件开发工业中,用来描述一个消除开关弹跳实施方法的比率限制(rate-limiting)或是频率调节(thottling the frequency)。[4]

参见

参考资料

  1. ^ General Electric Contact Materials. Electrical Contact Catalog (Material Catalog). Tanaka Precious Metals. 2005 [2007-02-21]. (原始内容存档于2007-01-01).
  2. ^ Walker, PMB, Chambers Science and Technology Dictionary, Edinburgh, 1988, ISBN 1-85296-150-3
  3. ^ Ganssle.com
  4. ^ "Debouncing Javascript Methods"

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