开关的不同类型和应用

什么是 SWITCH ？开关仅是用于打开和关闭设备的设备。该设备很可能是风扇，电视等电气设备。要使电流从电路中流过，必须需要一条闭合路径（环路）。如果开关为OFF，则表示电路断开，电流不能流过导体，并且设备已断电（OFF状态）。为了使其充满能量，我们必须打开开关，使其形成完整的电路并闭合路径。因此，电流可以流经设备，并且可以导通。因此，开关的功能是使（开关接通）和断开（开关断开）电路。

在控制系统工程中，开关起着重要的作用。 主要有两种类型的开关：机械开关和电气开关。机械开关需要与开关进行物理或手动接触才能进行操作。电气开关不需要物理或手动接触，它具有执行操作的能力。电气开关在半导体的作用下工作。

机械开关：

机械开关进一步分为不同类型开关的数量（取决于极数和直通数）。极数是指开关可用的输入电路（电源电路）的数量。掷是指开关可用的输出电路数（电流可以流过的路径数）。

单刀单掷（SPST）

单刀双掷（SPDT）

双刀单掷（DPST）

双刀双掷（DPDT）

两刀六掷（2P6T）

瞬时操作开关/瞬时控制开关

按钮

压力开关

温度开关

拨动开关

旋转开关

在机械开关中，两个金属板相互接触以完成电流

1）单刀单掷（SPST）： 此开关由两个端子组成；一个输入端子称为极，一个输出端子称为掷。因此，此开关的名称为 单刀单掷。 此开关是最简单的开关示例。通常，此开关用于单回路，意味着电路只需要控制一个闭合路径。单刀单掷开关的符号如图1a所示。如图1b所示，此开关与设备，信号源或元件串联。

2）单刀双掷（SPDT）： 一个输入端子（极）和两个输出端子（投掷），如图2a所示。通过使用此开关，我们可以为两个环路提供电流或信号，如图2所示。有时，此开关称为选择器开关。

3）双刀单掷（DPST）： 此开关由四个端子组成；如图3a所示，两个输入端子（极）和两个输出端子（投掷）。此开关与两个SPST开关非常相似。两个开关均与单个肝脏相连，因此，两个开关可同时运行。这些开关在我们希望同时控制两个电路时使用，如图3b所示。

4）双刀双掷（DPDT）： 两个输入端子（极），每个极两个端子，因此总共有四个输出端子（掷），如图4a所示。此开关的操作类似于两个单独的SPDT开关同时操作。在此开关中，输入（极点）的两个端子在开关的位置1与一组输出（掷1）的一组（两个）连接。如果我们更改开关的位置，它将将该输入与第二组输出（端子2）连接，如图4b所示。如示例所示，假设电动机在顺时针方向旋转在位置1，如果更改为位置2，则电动机将在逆时针方向旋转。

5）两极六掷（2P6T）： ：该端子由14个端子组成；两个输入端子（极），每个极六个端子，因此总共有十二个输出端子（掷），如图5a所示。通常，这种开关类型用于与公共输入端子进行电路转换。

6）瞬时操作开关：

按钮开关： 按下开关时，开关触点闭合，使电路闭合以流过电流；当您从按钮上取下压力时，开关触点断开，并断开电路。因此，该开关是瞬时接触开关，能够通过接通和断开其接触来控制电路。在按钮开关中，当您从开关上释放压力时，会布置弹簧以断开触点。

压力开关： 开关由C形隔膜组成。根据压力，该隔膜指示压力。在工业应用中，这些开关用于感测空气，水或油的压力。当系统压力从设定值升高或降低时，此开关便会运行。

温度开关： 这种类型的开关由温度感应装置组成，例如RTD（电阻温度设备）。此开关根据测得的温度值进行操作。

拨动开关： 这种类型的开关通常在家庭应用中用于接通和断开电气电器。

旋转开关： 该类型的开关用于连接设备。一行与许多行之一。通信设备中的万用表旋钮，通道选择器，范围选择器计量设备频段选择器就是此类开关的示例。该开关与单刀多掷开关相同。但是此开关的布置不同。

电气开关：

电气开关不过是什么而已是半导体器件。这些开关因其低成本，小尺寸和可靠性而更加有用。在此开关中，使用了诸如硅（Si），锗（Ge）等半导体材料。通常，这种类型的开关用于集成电路（IC），电动机驱动器，HVAC应用，并且也广泛用于用作控制器的数字输出（DI）。

继电器

双极晶体管

功率二极管

MOSFET

IGBT

SCR

TRIAC

DIAC

GTO

1）继电器： 继电器按照机电原理工作，因此此开关也称为机电开关。当电流通过线圈时，它将在线圈周围产生磁场。磁场的量取决于通过线圈的电流量。触点的布置方式是，如果电流随着窗帘限位而增加，则触点将通电并改变其位置。有时，出于安全目的，继电器使用双金属条来检测温度。继电器具有广泛的电压和电流范围。在电力系统中，继电器在故障识别中起着重要的作用。在工业中，继电器也被用作保护装置。

2）双极晶体管： 双极结型晶体管有三个端子；基极，发射极和收集极。晶体管工作在三个区域。截止，饱和和有效区域。晶体管的符号如图6所示。出于切换目的，不使用活动区域。如果在基极端子上有足够的电流可用，则晶体管进入饱和区域，电流将流过集电极-发射极路径，并且晶体管将充当导通开关。如果基极电流不足，电路将断开，电流将无法流经集电极-发射极，并且晶体管会进入截止区域。在该区域中，晶体管充当OFF开关。晶体管在电子应用中用作放大器，它也用于制作与门（与门），而不是数字电路中的晶体管，晶体管也用作集成电路中的开关器件。晶体管在大功率应用中没有用，因为与MOSFET相比，它的电阻损耗更大。

3）功率二极管： 功率二极管有两个端子。阳极和阴极。二极管由p型和n型半导体材料组成，并形成pn结，即二极管。功率二极管的符号如图7所示。当二极管处于正向偏置时，电流可以流过电路，而在反向偏置时，电流会阻塞。如果阳极相对于阴极为正，则二极管为正向偏压并充当开关ON。类似地，如果阴极相对于阳极为正，则二极管处于反向偏置状态并充当开关OFF。功率二极管用于功率电子应用，例如整流器，电压倍增器电路和电压钳位器电路等。

4）MOSFET： ：MOSFET-金属氧化物半导体场效应晶体管。 MOSFET具有三个端子。栅极，漏极和源极。 MOSFET有两种基本形式：耗尽类型和增强类型。如果栅极-源极电压（V GS ）不足，则MOSFET用作耗尽型，并且MOSFET的耗尽模式类似于OFF开关。如果栅极-源极电压（V GS ）足够，则MOSFET用作增强类型，并且MOSFTE的增强模式类似于ON开关。 MOSFET的开关范围是数十氖至几百微秒。用于线性稳压器，斩波器和音频功率放大器等的MOSFET。请在此处检查MOSFET电路。

5）IGBT： ：IGBT绝缘栅双极晶体管。 IGBT是BJT和MOSFET的组合。 IGBT具有高输入阻抗和高开关速度（MOSFET的特性）以及低饱和电压（BJT的特性）。 IGBT具有三个端子。门，发射极和收集极。 IGBT可以使用栅极端子进行控制。可以通过触发和禁用其栅极端子来打开和关闭它。 IGBT可以阻止与GTO相同的正负电压。 IGBT用于逆变器，牵引电机控制，感应加热和开关模式电源。

6）SCR： SCR-可控硅整流器。可控硅有三个接线端子。门，阳极和阴极。 SCR的工作原理与二极管相同，但是SCR在正向偏置（阴极为负极，阳极为正极）时开始导通，并且栅极也需要正时钟脉冲。在正向偏置中，如果门的时钟脉冲为零，则通过强制换向使SCR截止，而在反向偏置中，SCR保持与二极管相同的截止状态。 SCR用于电机控制，功率调节器和灯的调光。

7）TRIAC： TRIAC与两个SCR反向并联且与连接的闸极相同。 TRIAC是双向设备。 TRIAC具有三个终端；主端子1（MT），主端子2（MT2）和门。 MT1和MT2端子与我们要控制的电路连接，并且栅极可通过正电压或负电压触发脉冲。当MT2端子相对于MT1端子处于正电压并且栅极也被正触发时，则TRIAC的SCR-1触发。当MT1端子相对于MT2端子处于正电压并且栅极也被正触发时，则TRIAC的SCR-2触发。 TRIAC可同时用于交流和直流电源，但通常，TRIAC用于交流应用，例如电机控制，照明开关（工业和家用）等。请在此处查看三端双向可控硅开关调光器电路。

8）DIAC： DIAC-二极管交流开关。 DIAC有两个终端。该开关可以双向操作。 DIAC的符号如图12所示。 DIAC在两个地区开展工作；正向阻塞或反向阻塞区域以及雪崩突破区域。当施加的电压小于击穿电压时，DIAC将在正向阻塞或反向阻塞区域工作。在该区域，DIAC用作OFF开关。当施加的电压大于击穿电压时，雪崩击穿发生，DIAC充当ON开关。与TRIAC和SCR相比，DIAC无法在低压和低电流应用中急剧切换。 DIAC用于调光，通用电机控制和热控制电路。

9）门极关断晶闸管： 门，阳极和阴极。顾名思义，该设备可以通过栅极端子关闭。在GTO的符号中，栅极端子上包括两个箭头，该箭头表示电流通过栅极端子的双向流动。该器件可以通过施加较小的正栅极电流来导通，而可以通过来自栅极端子的负脉冲来截止。 GTO用于逆变器，AC和DC驱动器，感应加热器和SVC（静态VAR补偿）。没有缓冲电路的帮助，GTO无法用于关闭电感性负载。

责任编辑：wv