作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技术支持工程师

　　开关是我们日常生活中不可或缺的一部分，种类繁多且无处不在。它们有无数的形式，从微小的按钮到巨大的控件，并包含一系列功能。这种多样性受到机械或电气操作以及手动或电子控制等因素的影响，通常可以归结为个人对美学和用户界面的偏好。

　　虽然植根于 BJT、MOSFET、IGBT 和其他半导体设计等技术的电子开关由于成本下降和功能扩展而受到越来越多的关注，但机械操作开关仍然是首选开关解决方案。本文将深入研究开关基础知识，特别关注物理操作和驱动模型，以了解它们如何在形式和功能领域之间架起桥梁。

　　开关基础知识

　　选择任何开关的起点都需要掌握杆和投的概念。简而言之，极点表示单个开关可以控制的电路数量，而投掷表示开关可以选择的触点数量。通过简单的视觉表现可以最有效地理解这一概念。

　　图 1：SPST 开关图。 (图片来源：CUI Devices)

　　对于仅具有单刀单掷的开关(恰当地称为 SPST)，它提供对单个电路的控制，并且开关能够简单地打开和关闭单个触点。现在，让我们将其与具有单刀双掷配置(称为 SPDT)的开关进行对比。

　　图 2：SPDT 开关图。 (图片来源：CUI 设备)

　　在 SPDT 开关内，仍然有一个受控制的单独电路，但开关可以在两个不同的触点之间转换。在 SPDT 领域，开关不仅限于打开和关闭电路的行为，还包括电路本身的重定向。

　　图 3：DPDT 开关图。 (图片来源：CUI 设备)

　　对于双刀双掷 (DPDT) 开关，单个开关负责控制两个电路，并且其中的每个开关在两个触点之间导航。尽管 SPST、SPDT、DPST 和 DPDT 代表了最流行的开关配置，但对于开关可能拥有的极数和投掷数没有理论上的限制。当有两个以上的杆或投掷时，数字标签将取代“S”或“D”。例如，提供四刀五掷的开关可能会被制造商标记为 4P5T 开关。同样，具有六次投掷的双刀可以表示为 DP6T。

　　开关选择注意事项

　　除了杆和投掷之外，在选择过程中还需要考虑其他几种开关规格。下面的列表包括一些更常见的功能，但绝不是详尽的。

　　尺寸：如前所述，开关有多种形状和尺寸。从小于一粒米的开关到太大而无法用手移动的开关，尺寸通常取决于预期的应用。工业环境通常采用较大的开关，因为手套会发挥作用或难以进行精细运动，而紧凑的嵌入式设备通常会寻求尽可能小的开关。

　　默认状态：大多数开关缺乏预定义状态，但有一些瞬时开关，通常表现出预设状态，常开 (NO) 或常闭 (NC)。

　　位置：此参数指示单个单元中包含的开关数量。在某些情况下，这个概念可能会被错误地与“投掷”互换，但重要的是要认识到位置表示同一单元内的离散开关，每个开关都能够独立致动。

　　安装：与任何电子元件一样，开关提供多种安装配置。表面安装和直通式开关通常与 PCB 上较小的开关相关，而面板安装和 DIN 导轨安装开关往往较大。表面贴装和通孔设置中的一个关键考虑因素是称为“间距”的参数，表示引线的间隔距离。在通孔开关的背景下，间距特别重要，因为适当的间距允许与面包板一起使用。

　　图 4：在面包板上使用通孔开关。 (图片来源：CUI 设备)

　　驱动：除了区分手动和电子驱动之外，开关还提供多种驱动方法。这可能包括手动驱动或使用小型螺丝刀或工具。然而，最常见的选择是在升高或平坦执行器水平之间进行选择。

　　额定电流和电压：开关具有广泛的额定电压和电流范围，从几伏和安培到数百甚至数千。必须始终验证开关是否能够适应预期应用的预期电流和电压额定值。

　　环境因素：这通常是指用于指示交换机防尘和液体防护级别的入口防护或 IP 等级。但是，某些开关可能具有更高的振动灵敏度或防破坏功能。

　　机械开关的类型

　　下面提供的开关类型是机械操作和致动的，它们在较小的便携式或嵌入式系统中经常遇到，但不限于此。

　　DIP 开关：DIP 开关采用通孔或表面贴装封装，最常见的是 SPST 开关阵列。它们非常适合面包板和成品，可实现半永久性选择。它们有钢琴、滑动和旋转形式，用于设备中的选项设置，特别是在工业应用和开发套件中。 DIP 开关比跳线提供更多选择，并且用户友好，但不适合频繁调整。

　　图 5：DIP 开关示例。 (图片来源：CUI 设备)

　　旋转 DIP 开关：作为 DIP 开关的子集，它们具有用于选择离散选项(通常 4 至 16 个位置)的旋转格式，并具有平坦或凸起的旋钮。与线性 DIP 开关一样，它们有通孔或表面安装选项。然而，与线性 DIP 开关不同，它们可以以 BCD 或十六进制输出。虽然结构紧凑且用户友好，但它们提供单一输出，并不适合连续使用。

　　图 6：旋转 DIP 开关示例。 (图片来源：CUI 设备)

　　滑动开关：通常被认为是电源开关，滑动开关通过滑动致动器来操作。它们通常是 SPST，可以应对频繁使用。虽然有些有多个杆或投掷，但这可能会给精确定位带来挑战。尽管它们的容量比 DIP 开关更高，但它们仍然保持低功耗，并且通常表面或通孔安装在 PCB 上。有时，它们在消费电子产品中用作更易于访问的 DIP 开关，尽管平衡易用性和避免意外启动可能是一个挑战。

　　图 7：滑动开关示例。 (图片来源：CUI 设备)

　　轻触开关：轻触开关因其明显的咔嗒声而闻名，是一种小型瞬时按钮，专为低电压、低电流信号而设计。它们以稳健性弥补了电子功能的不足，提供了数十万甚至数千万的长生命周期。虽然通常为单刀，但它们也可以具有多掷和高 IP 等级。它们广泛应用于消费电子产品，例如游戏控制器、遥控器、车库门和各种工业应用，这凸显了它们由于尺寸小和耐用而受到欢迎。

　　图 8：触觉开关示例。 (图片来源：CUI 设备)

　　翘板开关：翘板开关在中间旋转以在两个选项之间切换，通常不是瞬时的。它们通常用作高压电路的电源开关，其中一些带有 LED 或白炽灯泡照明以指示开关状态。它们可以达到 IP 等级，适合恶劣环境。尽管由于尺寸和功能而导致成本略高，但其简单的界面和驱动使其在消费电子产品中很受欢迎。在工业环境中，它们是拨动开关的补充，并且可能有盖子以防止意外启动。

　　图 9：摇杆开关示例。 (图片来源：CUI 设备)

　　按钮开关：按钮开关通常称为按钮或按钮，具有简单的进出驱动功能。它们可以是瞬时的，有各种形状，并且 LED 通常集成用于照明或指示开关的状态。它们可处理各种电压和电流，通常安装在 PCB 或面板上。它们的用户友好性适合经常有用户的公共区域。按钮可以做得很坚固，具有防破坏系列和高 IP 等级，非常适合电梯或地铁等恶劣环境。然而，与更简单、更小的按钮开关型号相比，它们的尺寸、LED 选项和材料可能会导致更高的成本。

　　图 10：按钮开关示例。 (图片来源：CUI 设备)

　　拨动开关：拨动开关因其加长杆而闻名，适合戴手套或精细运动控制有限的情况。突出的控制杆可提供清晰的视觉反馈，无需额外的 LED，其大动作确保了无误的切换。它们有各种杆和投掷形式，但不太常见地配置为瞬时开关。拨动开关因其易于驱动、快速反馈和安全集成而备受推崇，非常适合工业或科学应用。由于它们在飞机、控制仪表和医疗设备中的关键任务用途，它们往往更昂贵。

　　图 11：拨动开关示例。 (图片来源：CUI 设备)

　　概括

　　开关是在电子和电气系统中发挥关键作用的基本元件。本文全面概述了交换机的关键方面，包括其类型、操作、应用和注意事项。无论是设计消费电子设备还是处理复杂的工业项目，选择合适的开关都会极大地影响系统的功能和可靠性。 CUI Devices 拥有一系列现成的开关解决方案，可满足各种开关需求。