开关弹跳和去抖之开关类型

有许多不同类型的交换机旨在满足不同的设计要求、部署环境和使用场景。

我总是对一件事如何导致另一件事感到惊讶。例如，在记录我们正在进行的从头开始构建 4 位计算机的项目时，我意识到我们必须解决大量的设计问题。其中一个主题是开关弹跳，它指的是当我们激活或停用一个开关时，它可能会非常快速地打开和关闭多次。

我们将在本迷你系列的第 2 部分讨论与开关相关的术语，然后在第 3 部分讨论弹跳/去抖技术(硬件和软件)。在本专栏中，我们将首先考虑术语“开关”的含义在最基本的层面。此外，我们将深入研究一些在我们蜿蜒穿越世界时可能遇到的不同类型开关的示例。

本专栏涵盖的主题如下：

什么是开关?

莫尔斯电码钥匙

拨动开关

翘板开关

滑动/滑动开关

旋转开关

按钮开关

触觉开关

微动开关和限位开关

刀开关

磁性开关

簧片开关

水银开关

智能开关

高压开关

请注意，我在下面的一些主题中添加了包含“make”和“break”等术语的评论;“开放”和“封闭”;“单刀单掷”(SPST)和“单刀双掷”(SPDT);“先断后通”(BBM)和“先通后断”(MBB);和“常开”(NO)和“常闭”(NC)。就本专栏而言，这些评论仅供参考;我们将在这个迷你系列的第 2 部分中解释它们的含义。

什么是开关?

在电气工程的背景下，开关是一种电气元件，可以“接通”或“断开”电路，中断电流或将电流从一个导体转移到另一个导体。

当大多数人听到“开关”这个词时，他们会本能地想到用于控制灯光的壁挂式版本。这些设备通常属于一种称为拨动开关的类型。然而，正如我们将看到的，有许多不同类型的交换机旨在满足不同的设计要求、部署环境和使用场景。

莫尔斯电码键

一种非常早期的开关，称为莫尔斯电码，曾经(现在仍然)用于以莫尔斯电码传输信息，这是由美国画家和发明家塞缪尔·芬利·布雷斯·莫尔斯于 1837 年发明的。

此处显示的键可被视为单刀单掷常开 (SPST-NO) 开关。

拨动开关

术语“拨动开关”是指通过机械杆手动驱动的一类电气开关，具有正向快速动作，通常伴随着咔哒声。这种开关的一个非常常见的用途是打开或关闭灯或其他电气设备。

最常见的拨动开关类型是单刀双掷和单刀双掷，但还有更多可能性，包括单刀中心断开 (SPCO)，它类似于单刀双掷，但杠杆具有三个位置。

SPST 拨动开关上的触点通常为 NO，但也提供 NC 版本。SPDT 拨动开关上的触点通常为 BBM，但也提供 MBB 版本。

许多拨动开关被设计成提供多组电触点的同时致动，并且在某些应用中，多个拨动开关可以机械联锁以防止被禁止的组合。

摇臂开关

摇臂开关是一种在枢轴点上来回摇动的开/关开关(有点像跷跷板)。

最常见的翘板开关类型是 SPST 和 SPDT，但还有更多的可能性，包括 SPCO，它类似于 SPDT，但具有三个用于杠杆的位置。

SPST 翘板开关上的触点通常为 NO，但也提供 NC 版本。SPDT 翘板开关上的触点通常为 BBM，但也提供 MBB 版本。

滑动/滑动开关

滑动或滑动开关是机械开关，采用一种在开关的关闭和打开状态之间移动(滑动)的机制。

最常见的滑动开关类型是 SPST 和 SPDT，但还有更多的可能性。

SPDT 滑动开关上的触点通常为 BBM，但也提供 MBB 版本。

旋转开关

旋转开关通过操作手柄的扭转动作进行操作。这种开关至少有两个位置，但通常有更多。一种形式的旋转开关由一个主轴或“转子”组成，它有一个接触臂或“辐条”，像凸轮一样从其表面伸出。它还具有一组端子，围绕转子布置成圆形，每个端子都用作“辐条”的触点，许多不同的电路中的任何一个都可以通过该触点连接到转子。

常见类型的旋转开关具有单极(中心主轴或转子)和多掷(端子围绕转子排列成圆形)，例如单极 11 掷 (SP11T) 旋转开关。此外，旋转开关还可以包括多层，其中每一层可以用于控制不同的电路。例如，旋转开关有三层(或极)，每层有 11 个位置(或掷)。

一些旋转开关提供编码输出，例如二进制编码十进制 (BCD) 或十六进制;此外，还有各种小型 PCB 安装设备和指轮属于旋转开关类别。

旋转开关上的触点通常是 BBM，但也有 MBB 版本。

按钮开关

初学者对“开关”和“按钮”之间的区别感到困惑是很常见的。造成这种情况的主要原因是，当我们听到有人说“开关”时，我们通常会想象一个切换，我们会想到“切换开关”(我们不包括网络工程师和他们的“网络开关”)。然而，当我们听到有人说“按钮”时，我们会想象一个按钮，我们会想到“按钮”。

实际上，它们都是使用不同的使用模型和内部机制执行相同功能的开关。初学者应该做的是训练自己思考“拨动开关”和“按钮开关”。

按钮开关上的触点通常是 BBM，但也有 MBB 版本。

轻触开关

术语“轻触开关”是指一系列小型瞬时按钮开关，通常安装在印刷电路板 (PCB) 上，仅在按下按钮时打开。

触觉开关可用于各种应用，包括 Arduinos 等微控制器开发板上的“重置”按钮。

微动开关和限位开关

微型快动开关，也注册商标，通常称为微动开关，是一种由非常小的物理力驱动的电子开关。切换可靠地发生在致动器的特定且可重复的位置，这对于其他切换机制并不一定如此。

微动开关体积小、耐用、可靠且相对便宜。微动开关的定义特征是致动器按钮处相对较小的移动会在电触点处产生相对较大的移动。

微动开关应用非常广泛，可用于电器、机械和工业控制系统。微动开关的常见应用包括微波炉上的门联锁;电梯、自动售货机和街机按钮中的调平和安全开关;并检测复印机中的卡纸或其他故障。

最常见的微动开关类型是 SPST 和 SPDT，但还有更多的可能性。

SPST 微动开关上的触点通常为 NO，但也提供 NC 版本。SPDT 微动开关上的触点通常为 BBM，但也提供 MBB 版本。

在电气工程中，限位开关是由机器部件的运动或物体的存在操作的开关。它们用于诸如控制作为控制系统一部分的机械、安全联锁或计算通过某个点的物体等任务。微动开关常用于限位开关的作用。

刀开关

刀开关由铰链、金属杠杆(或刀)和槽(或钳口)组成。铰链允许刀具从钳口提起或插入钳口。铰链和钳口都固定在一个绝缘底座上，而刀的一端有一个绝缘手柄可以抓握。当刀被推入钳口时，电流流过开关。

最常见的刀开关类型是 SPST、SPDT、双刀单掷 (DPST) 和双刀双掷 (DPDT)，但还有更多的可能性。

虽然在过去很常用，但刀开关现在在现实世界的部署中相对较少，主要用于科学实验，在这些实验中，开关的位置可以在演示或蒸汽朋克文物(如作者的Inamorata Prognostication Engine )中清楚地看到。

磁性开关

磁性开关是一种电气开关，其开/关状态由磁场控制。它们在移动元件无法与开关直接接触的情况下很有用，例如在爆炸性环境中。磁性开关用于广泛的应用，包括防盗报警系统，其中它们用于检测门窗的打开/关闭状态。

最常见的磁性开关类型是 SPST 和 SPDT，但还有更多的可能性。SPST 磁性开关上的触点通常为 NO，但也提供 NC 版本。

簧片开关

簧片开关是一种磁性开关，其中称为簧片的柔性铁磁金属触点位于密封的玻璃外壳中。触点通常是常开的，当存在磁场时闭合，或者它们可以常闭并在施加磁场时断开。开关可以由电磁线圈(从而制成簧片继电器)或通过将永磁体靠近开关来驱动。当磁场被移除时，簧片会回到原来的位置。

最常见的簧片开关类型是 SPST，但也有 SPDT 版本。SPST 簧片开关上的触点通常为 NO，但也提供 NC 版本。

水银开关

水银开关是一种电气开关，当少量液态金属汞连接金属电极以关闭电路时，它会打开和关闭电路。有几种不同的基本设计，最常见的是水银倾斜开关，当相对于水平方向倾斜一个方向时，它处于一种状态(打开或关闭)，而当向另一个方向倾斜时，它处于另一种状态。

Mercury 倾斜开关提供了一种小型、简单且廉价的方式来检测方向或倾斜度。与球形倾斜开关不同，水银倾斜开关中的液态金属连接不受污垢、碎屑和氧化的影响，它提供了非常低电阻的无弹跳连接，并且移动和振动不会导致接触不良。因为水银倾斜开关是密封的，它们可以用于电弧危险的地方，例如存在爆炸性蒸汽的地方。

智能开关

术语“智能开关”对不同的人有不同的含义。出于我们的目的，我们正在考虑类似于 NKK Switches 的SmartSwitch设备系列。

智能开关通过将机电开关的功能与可编程图形 LCD 或 OLED 显示器相结合，大大增加了人机界面 (HMI) 的功能，其中显示的图像可以动态修改以反映开关的状态或呈现与底层系统相关的其他相关信息。

高压开关

老实说，在本专栏中，我们实际上只涉及了令人难以置信的各种可用开关类型和技术。只是为了让您了解我的意思，看看这段视频，显示高压隔离开关电弧。

虽然这可能不是我们大多数人在听到“交换机”一词时所想到的，但它仍然是交换机世界的一员。我不了解你，但我认为我更乐意使用开关来控制我的低压、低电流、基于微控制器的闪烁 LED 项目。

在这个迷你系列的第 2 部分中，我们将深入研究与开关相关的一些术语，例如“极点”和“投掷”以及 BBM 与 MBB。同时，您能想到我们应该添加到上述列表中的任何主要开关类别吗?或者，是否有任何您认为值得一提的特殊或不寻常的开关类型(如果有图片会很好)?

审核编辑：汤梓红