Комутаційні пристрої

Доброго здоров'я, шановний читачу. Поточний допис присвячено компонентам електронних схем основним завданням яких є комутація кіл.

Також у практичній частині продовжу огляд компонентів для паяння, цього разу мова піде про припої.

------------------------------

УВАГА !!!

Хочу виправити свою помилку. У другій частині, сходинки-2, стосовно змінних резисторів, я писав: Змінні резистори мають три основні типи. Тип А (А) з лінійною залежністю зміни опору від кута повороту ручки. Тип Б (В) з логарифмічною залежністю і тип В (С) з показовою або обернено логарифмічною залежністю (у дужках позначення латиницею).

А слід було написати: Змінні резистори мають три основні типи. Тип А (B) з лінійною залежністю зміни опору від кута повороту ручки. Тип Б (C) з логарифмічною залежністю і тип В (A) з показовою або обернено логарифмічною залежністю (у дужках позначення латиницею).

Прошу вибачення за такий технічний ляпсус.

Позначення типів лінійності потенціометрів кирилицею у нашому стандарті та латиницею в іноземному, відрізняються! Будьте уважними!

------------------------------

Важко уявити електронний пристрій без елементів комутації. Якщо ви вважаєте, що елементами комутації є лише кнопки та перемикачі, ви помиляєтесь. Елементами комутації окрім них є і штекерні з'єднувачі, і конфігуратори, і різноманітні термінали, і реле, і навіть запобіжники.

Тож першими елементами у нашому розгляді стануть розповсюджені механічні вимикачі, перемикачі та кнопки.

Конструктивно, вимикач або перемикач має одну чи декілька контактних груп і механізм, який забезпечує ручне управління процесом їхнього розмикання або замикання. Вимикачі, як і перемикачі, поділяються на перекидні, натискні, галетні.

Найбільш вживаним є, мабуть, вимикач живлення. Такі засоби комутації застосовуються у будь якому електронному пристрої. За допомогою їх, як зрозуміло з назви, вмикається чи вимикається живлення пристрою. Найпоширенішим є клавішний тип. Це перекидний вимикач, механізм якого має вигляд клавіші, що може навіть мати підсвічування.

Позначається на схемі такий вимикач як S1, тобто звичайний стан (вихідне положення) – "розімкнено".

Таку ж саму функцію виконує і кнопковий вимикач із фіксацією. Який теж може мати підсвічування увімкненої кнопки. От тільки зображення такого вимикача трохи інше: S2. Такий символ позначає кнопку із фіксацією, яка при повторному натисканні повертається у вихідне положення.

Слід зауважити також, що для специфічних пристроїв існують суто специфічні вимикачі. Скажімо поворотні вимикачі, які здатні комутувати потужні струми з ручкою-пластинкою, чи з ключем, котрого може увімкнути лише власник необхідного ключа.

 

Ви постійно стикаєтеся з вимикачами об'єднаними із регуляторами гучності у приймачах, активних колонках, портативних підсилювачах. Вони теж мають різновиди: важільний та "коліщатко". Такі елементи також мають власні позначення на схемах. Власне позначення виглядає, як S3-R1. Втім, на практиці такі вимикачі малюються, як правило, на вході схеми, а регулятори, вже по місцю регулювання сигналу НЧ (низької частоти) пристрою. Саме тому найчастіше вони бувають рознесеними один від одного. Для вказівки на те, що регулятор гучності об'єднаний з вимикачем живлення, використовують специфічний символ S4-R2.

 

Перекидні перемикачі з важелем називаються тумблерами. Вони мають два або три фіксовані, чи нефіксовані, робочі стани (положення) – "замкнено" та "розімкнено". Одне з них, або середнє (обов'язково фіксоване) є вихідним.

 

 

Існують тумблери, які виконують роль лише вимикача. Але в основі своїй це перекидні перемикачі. Коли звернете увагу на такий перемикач, то побачите три виводи його контактів. Один із цих виводів є основним, а два інші з'єднуються, або роз'єднуються з ним, в залежності від положення важеля. Його цілком можна використовувати у якості вимикача.

Якщо, відповідно до логіки роботи пристрою, вихідним положенням є фіксоване "розімкнено", на схемі це позначається як S1. Таке положення називають нормально розімкненим, і використовують розімкнену пару.

Якщо вихідним положенням є фіксоване "замкнено", а при комутації контакти розмикаються – таке положення називають нормально замкненим, а на схемі зображують як S5. У такому випадку використовується відповідні два контакти.

Гадаю, ви зрозуміли, що символом S позначають вимикач або перемикач, а поруч із ним вказується порядковий номер.

Коли у таких перемикачів задіяні усі контакти, для комутації якогось сигналу, чи живлення, їх позначають повним позначенням S6.

Двопозиційні перемикачі бувають не лише на одну, а й на декілька груп перемикань.

 

 

У такому випадку на символьних позначеннях їх поєднують подвійною лінією, яка і вказує на те, що ця група комутується одним важелем. Втім, не такі вже й поодинокі випадки, коли перемикачі, що входять до однієї групи, рознесені по різним ділянкам схеми. Тоді їх позначають загальноприйнятим символом компонентів комутації S, вказують черговий номер одиниці, а через крапку – номер секції.

 

 

Існують кнопкові перемикачі та групи перемикачів із залежною фіксацією, це тоді – коли натискання іншої кнопки веде до вимикання попередньої. Для таких комутаційних компонентів існує їхнє особисте позначення. Воно схоже на S2, втім, символ фіксації малюється цього разу ззаду: S9.

Я вже згадував вище стосовно перемикачів із фіксованим середнім положенням елементу управління. Вони бувають як клавішними, так і у вигляді тумблерів. Для прикладу, зверніть увагу на фото 

клавішного перемикача із такою фіксацією. На ньому чітко позначено три положення, середнє – О, та крайні І і ІІ. На тумблері такі інформативні написи зробити, на жаль, ніде, втім, його важіль у середньому положенні фіксується строго по центру. 

І, знову ж таки, ці елементи мають суто їм властиві позначення, які відображають специфіку їхньої роботи. Адже крайні положення важеля такого перемикача можуть бути як фіксованими, так і не фіксованими. У нефіксованому положенні такий перемикач поводить себе неначе звична кнопка без фіксації. При відпусканні важеля він повертається до свого вихідного положення у центр. Фіксоване положення – чітко фіксується. Давайте звернемо увагу на їхні позначення.

S10 – перемикач із фіксованим середнім та обома фіксованими крайніми положеннями, середній вивід позначається крапкою. S11 – перемикач із одним фіксованим і одним нефіксованим положенням, нефіксоване положення позначається трикутничком, S12 – перемикач із обома нефіксованими крайніми положеннями.

Звісна річ, у сучасних пристроях, особливо побутового призначення, комутаційні елементи заміняють електронікою. На передній панелі можна зустріти хіба-що вимикач живлення і купу кнопок: тактових, мембранних, які формують сигнали управління для подальшої електронної комутації. Втім, механічні комутаційні елементи досить широко використовуються у вимірювальних, технічних пристроях, промисловому обладнанні. Такий простий висновок можна зробити виходячи з того розмаїття елементів комутації, які пропонують виробники. Досить широко елементи механічної комутації використовують у своїх конструкціях аматори, бо це дешевше і простіше.

Продовжу огляд кнопками. Звичайними кнопками без фіксації. Вони бувають сигнальними, тактовими, кінцевими. Кнопки теж можуть мати декілька груп, а от основна їхня функція – утворити з'єднання, або розірвати його при натисканні.

Звичайна кнопка без фіксації, яка монтується на панелі пристрою, обладнання і вмикає якийсь сигнал, або перериває його дію при натисканні, називається сигнальною.

Не слід вважати сигнальними лише кнопки типу "alarm". Це, швидше, побутовий термін і походить від дії – подання якогось тривожного сигналу.

В електроніці сигналом може бути як наявність якоїсь напруги, так і її відсутність, якась послідовність імпульсів, або ж її відсутність. Навіть поодинокий імпульс – теж сигнал.

Хоч це, звісна річ, і умовна назва, бо будь-яка сигнальна кнопка, яка розташована на лицьовій панелі приладу може бути використана для формування тактової послідовності, як і тактова кнопка, що призначена для встановлення на друковану плату, або для поверхневого монтажу, може бути використана як сигнальна.

 

Окрему позицію займають кінцеві вимикачі. Це, по суті, звичайна кнопка. Втім, беручи до уваги їхню найбільш розповсюджену функцію – формування сигналу вимикання приводу якогось механізму, який досяг певної позиції, їх називають кінцевими вимикачами.

Конструктивно вони можуть мати як контакти розмикання, так і замикання, або повну групу, як перемикач. Різновидів кінцевих вимикачів дуже багато. Вони бувають зі звичайною кнопкою (як на фото), з важелем у вигляді пластинки, штока, з коліщатком і т.і.

Стосовно позначень. S13, S14 – сигнальна або тактова кнопка, відповідно на замикання та розмикання. S15, S16 – кінцевий вимикач, відповідно на замикання та перемикання.

Наступною, досить поширеною групою є багатопозиційні перемикачі, до яких можна віднести галетні, вибіркові та пересувні.

Галетний перемикач. Кожна група у такому перемикачі складається з одного рухомого та декількох нерухомих контактів. Один перемикач може складатися з декількох таких груп. Кількість рухомих контактів визначає кількість напрямків (Н), а кількість нерухомих – кількість положень (П) перемикача. Якщо наприклад перемикач має два рухомі контакти, кожен з яких може замикатися з десятьма нерухомими, його позначають 10П2Н. Тобто такий перемикач має дві групи, кожна з яких здатна комутувати сигнал на десять контактів.

Різновидів таких перемикачі досить багато: різна кількість груп, різна кількість положень.

Вибірковий перемикач ви можете зустріти у тому ж таки мультиметрі. Мабуть від логіки роботи такого перемикача і походить його назва. Перемикання відбувається в залежності від конструктивних особливостей, тобто малюнку нерухомих контактів – вибірково.

Вибіркові перемикачі індивідуальні та інтегровані у друковану плату для певного застосування. Його основна пластина виготовляється методом травлення доріжок, нерухомих контактів на фольгованому склопластику, а рухомі контакти знаходяться на тильному боці ручки вибору позиції.

 

 

Ще один вид багатопозиційних перемикачів – пересувні. Їхня номенклатура досить широка, та суть зводиться до простої операції – пересування бігунка на 

Зупинимось на мініатюрних пристроях комутації – конфігураторах. До них слід віднести DIP та SIP перемикачі, а також звичайні перемички (джампери).

Виводи DIP конфігуратора мають стандартний крок, тому він монтується безпосередньо на друковану плату. Існують також перемикачі для поверхневого монтажу. Кожен індивідуальний перемикач такого пристрою комутує свої два контакти. Секції такого перемикача існують на два, три… дванадцять елементів. Його внутрішня організація досить проста: S20.

SIP конфігуратори схожі на DIP та комутація у них дещо інша і виводів вони мають лише один ряд: S21.

Досить поширеним елементом конфігурування є звичайні перемички, як їх називають – джампери. Ви їх могли бачити і на материнських платах комп'ютерів і на платі будь-якого цифрового пристрою. Описувати їхню роботу немає сенсу, бо все видно і зрозуміло, та ще й назва "перемичка" каже все сама за себе. Для їхнього виготовлення використовують стандартні PIN лінійки, від який відрізається шматок потрібної довжини. А комутують їх за допомогою перемичок – "джамперів".

Усі ці елементи, як витікає з назви групи, є конфігураторами. Їхнє звичне місце застосування – цифрові пристрої. За допомогою таких конфігураторів можна оперативно змінити логіку роботи пристрою, чи добавити до неї якісь додаткові функції. Скажімо у мікроконтролера, з декількома програмами у пам'яті, можна оперативно поміняти стартову адресу початку програми і тим самим повністю змінити логіку його роботи. Або, як варіант, у електронному замку поміняти код доступу. Чи, просто, обрати необхідну напругу живлення.

 

Беручись за огляд групи роз'ємних з'єднувачів я навіть не знаю з чого почати. Це така величезна група, з такою неймовірною кількістю різновидів, що для її огляду потрібно написати цілий трактат.

Втім, їх поєднують основні загальні риси. З'єднувачі напруги живлення, НЧ сигналів – називаються штепсельними, з'єднувачі ВЧ сигналів – коаксіальними. На схемах вони позначаються буквою Х, комплектний одинарний елемент складається з гнізда та штиря. При цьому штир малюється позначкою у вигляді стрілки ("папа") Х1, а гніздо у вигляді рогатки ("мама") Х2. Зібрана пара позначається як Х3.

 

 

Найчастіше, у практиці, такі одинарні елементи групуються у роз'ємні з'єднання з більшою кількістю одиниць. Їх може бути від декількох до "багато". Як приклад, можна навести роз'ємний комплект мікро USB. Позначення такого комплекту, об'єднаного механічним зв'язком, ви побачите поміченим позначкою Х4.

Іноді, щоб не ускладнювати схемні з'єднання, виникає потреба намалювати складові частини такого з'єднання в різних частинах креслення. Тоді такі складові елементи позначаються індексом та номером компоненту, а через крапку пишеться номер складової частини. Цей варіант ви бачите на малюнку – Х4.1, Х4.2, Х4.3, Х4.4.

Дещо відрізняються від загальноприйнятого, позначення роз'ємних елементів ВЧ (високочастотних) кіл. Правда різниця ця не критична і полягає лише в тому, що місце приєднання дроту до такого роз'ємного з'єднання пристосоване для застосування коаксіального кабелю (мідна жила у захисній металевій оболонці, "екрані"), що і зображено на позначенні Х5.

 

І останній вид роз'ємних з'єднувачів – гвинтові, або пружинні затискачі. Їхніх варіантів дуже багато: це і затискачі для монтажу на друковану плату, і різноманітні затискачі для лицьових панелей приладів і т. ін. Об'єднує їх спільний символ позначення не схемах: Х6.

 

Наостанок декілька слів стосовно специфічного позначення штекерного з'єднувача для навушників. Це те гніздо, куди встромляється, так званий, "джек". Такі гнізда бувають, для штекерів ("джеків"), діаметром 2,5 мм, 3,5 мм, 6,3 мм та позначаються однаково –Х8.

 

 

Наступні елементи комутації, які нам слід розглянути – реле і запобіжники.

Стосовно реле. Більш детальний огляд щодо управління цими елементами комутації, їхнього устрою, особливостей, буде пізніше, а зараз лише скажу, що реле це елемент комутації, управління яким здійснюється за допомогою електричної напруги. Її можна подавати на реле використовуючи механічні комутаційні елементи вручну, а можна використовувати кола автоматичного електронного управління. Реле бувають механічними – де реалізовано принцип електромагнітного управління у поєднанні з механічним приводом перемикання контактів. Герконовими – де електромагнітне поле котушки

 впливає на магніточутливі контакти – геркони. Електронними (твердо-тільними) – де напруга управління керує елементами електронної комутації. На відміну від механічних реле, електронні абсолютно безшумні, в них відсутні будь-які механізми.

Реле виготовляються для різноманітної робочої напруги від 3 до 220 вольтів. Вони існують як для постійної, так і для змінної напруги. Кількість робочих груп комутації напрямків, також різноманітна. Існують з виводами для монтажу на друкованій платі, з пелюстковими виводами для підпаювання дротів, з контактними групами для вставляння у гніздові панельки.

Струм, який здатні комутувати реле, є однією з головних їхніх характеристик. Тут теж різновидів досить багато: від десятків міліамперів до десятків амперів.

Запобіжники. Основне призначення запобіжники – розірвати коло при перевищенні певного параметру: струм, температура. Запобіжники бувають одноразові, які після руйнування замінюються, багаторазові, суцільність кола у яких відновлюється або самостійно, або за допомогою ручних органів управління. Спробуйте довести мені, що запобіжник – не елемент комутації!

Самим розповсюдженими різновидом запобіжника є звичайний одноразовий розміром 5х20 у скляному корпусі. Критичні струми, на які розраховані запобіжники – найрізноманітніші. Такі запобіжники можуть монтуватися на платі, у тримачах, але найчастіше використовуються спеціалізовані гнізда для розміщення на стінці пристрою поблизу входу дроту живлення.

Існують одноразові запобіжники з виводами для запаювання безпосередньо на друковану плату.

А от полімерний запобіжник характерний тим, що через деякий час, після усунення причини його спрацювання ві здатен самостійно відновити свою цілість. Такі запобіжники виготовляються як для монтажу на друкованій платі, так для поверхового (SMD) монтажу.

Є запобіжники, як я вже писав вище, з ручним відновленням працездатності.

Запам'ятайте! Усі запобіжники характеризуються часом своєї реакції. Нормальні запобіжники мають час реакції, при перевищення номінального струму на порядок, до 0,1 секунди. Швидкі – 0,01 сек., надшвидкі – 0,001 сек., а повільні – до 1 секунди. Для чого так?

Пам'ятаєте, коли ми знайомилися зі струмом, то я пояснював: чому лампочка освітлення виходить з ладу під час увімкнення. Така сама ситуація і з електронними пристроями. Під час увімкнення пік струму споживання може перевищувати його номінальне значення у декілька разів. Тож якщо таке коло захищати швидкими запобіжниками, їх доведеться постійно міняти, бо вони не даватимуть змоги пристрою вийти на свій режим роботи. Для цього й використовуються більш повільніші запобіжники. Швидкі та надшвидкі використовуються в інших колах. Виробник конкретизує – який запобіжник слід застосовувати для захисту в конкретному місці.

Буквально декілька слів стосовно термозапобіжників.

Вони теж бувають і одноразовими і багаторазовими, на різну температуру захисту, для різного застосування.

Найбільш зручним варіантом для аматора є багаторазовий мініатюрний термозапобіжник наведений на фото. Втім, це не догма. Досить вдалий термозапобіжник, із критичною температурою 95°С, можна виготовити самостійно зі сплаву Розе (стосовно цього сплаву читайте нижче). Як це зробити – віддаю на відкуп вашій фантазії.

Щодо позначень на схемах.

Для позначення реле на схемах малюємо його котушку, управління якої відбувається якимось зовнішнім пристроєм і контакти, якими управляє електромагніт реле. Позначається реле літерою К з порядковою нумерацією, при потребі.

Для прикладу: К1 – реле з однією групою контактів на замкнення; К2 – реле з двома групами контактів на перемикання.

Якщо контакти, які належать одному реле рознесені по схемі, вони мають порядковий номер реле + порядковий номер групи, або контакту.

Запобіжники теж, як і будь який елемент схеми мають своє позначення.

Загальноприйняте позначення зображене під індексом F1, саме літерою F позначаються такі елементи, як запобіжник. Інколи поруч може бути вказано його параметр.

Елемент F2 – повільний запобіжник, F3 – швидкий запобіжник.

Символ F4 – запобіжник-автомат.

 

 

 

-------------------------------------------------------------------

ВІДСТУП

припої для паяння

Ми розглянули паяльники, флюси, на черзі легкоплавкі метали та сплави для спаювання компонентів, дротів та різноманітних елементів – припої.

Матеріал припою повинен мати температуру плавлення меншу за метал який паяють. Мати гарну текучість. А особливо – добре розчиняти поверхневий шар металу для спаювання (мати гарну адгезію). Усім цим вимогам відповідає олово, беручи до уваги те, що основним матеріалом з якого виготовляють виводи компонентів, доріжки друкованих плат є мідь або її сплави.

Олово (Станум) – метал із температурою плавлення близько 230°С. Не слід забувати, що олово має одну ваду. Воно може "захворіти". При мінусових температурах біле олово здатне перетворюватися на сіру модифікацію, це так звана "олов'яна чума". На ньому з'являються острівці сірого тьмяного металу, відбувається поступове його руйнування. До того ж, чим нижча температура, тим швидше протікає процес перетворення білого олова.

Для практичних потреб існують припої із чистого олова, але найчастіше до нього додають різноманітні добавки, виготовляють сплави. Таким чином знижують його температуру плавлення, стійкість до зовнішніх чинників. Роблять сплав припою м'якішим, або більш твердішим, придатним для паяння чорних металів. Тобто в залежності від складу такого сплаву отримують ту чи іншу потрібну характеристику.

До сьогодні у нас діє стандарт, де припої позначаються абревіатурою ПОС (припій олов'яно-свинцевий). Чому олов'яно-свинцевий, бо свинець є найпоширенішою добавкою до олова. Також використовують сурму, мідь, срібло, нікель, кадмій тощо.

За літерами ПОС пишуться цифри, які і є показником відсоткової кількості олова у припої. Скажімо припій ПОС-30 має у своєму складі 30% олова, а ПОС-90 аж 90%. А інше, як правило, свинець.

Велику популярність серед аматорів, свого часу, мав припій ПОС-61 (Sn-61%, Pb-39%). Це найвдаліше поєднання компонентів, які відрізняється помірною вартістю, стійкістю до зовнішніх чинників, гарною електропровідністю. Температура плавлення такого сплаву близько 185°С.

На сьогодні комерційна мережа пропонує ще один поширений вид припою, який містить 63% олова та 37% свинцю. Теж досить вдала комбінація для використання в аматорській практиці, саме для паяння електронних конструкцій. У нашому стандарті такий припій має назву ПОС-63. Температура плавлення такого припою найнижча з усіх олов'яно-свинцевих сплавів – 183°С. А найголовніше – цей припій евтектичний! Тобто такий що має однакову температуру плавлення і твердіння (солідус=ліквідус). Нагріли його до температури плавлення – він розплавився, прибрали паяльника – вин миттєво твердне, тобто цей сплав не знає, що таке проміжна фаза рихлого стану. Саме цей припій входить до складу різноманітних паяльних паст. Втім, виробники випускають його і інших формах: кульки, дріт.

Чим більше свинцю у припої, тим легше він деформується, ріжеться ножем, виглядає більш тьмянішим. Свинець надає припою пластичності, м'якості. Чим більше у припої олова тим він твердіший, блискучіший. Це я на всяк випадок, а раптом вам трапиться припій, і ви не знатимете, що то воно таке. Олово надає припою текучості, він має кращі змочувальні характеристики.

Чисті, олов'яні припої, використовуються досить рідко, в основному при паянні та лудженні поверхонь, що контактують із продуктами харчування. Адже свинець має свої вади – це шкідливий метал, їсти його не бажано:).

Продовження статті за посиланням