脈衝電路 - 開關

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開關是一種接通或斷開電路或觸點的裝置。此外，它還可以將模擬資料轉換為數字資料。開關高效執行的主要要求是速度快且切換時不產生火花。基本部件包括開關及其相關電路。

開關有三種型別。它們是 -

• 機械開關
• 機電開關或繼電器
• 電子開關

機械開關

機械開關是較早型別的開關，我們以前使用過。但它們已被機電開關取代，後來在一些應用中也被電子開關取代，以克服前者的缺點。

機械開關的缺點如下 -

• 它們具有較高的慣性，限制了操作速度。
• 它們在斷開觸點時會產生火花。
• 開關觸點做得較重以承載更大的電流。

機械開關的外觀如下圖所示。

這些機械開關已被機電開關或繼電器取代，後者具有良好的操作速度並減少了火花。

繼電器

機電開關也稱為繼電器。這些開關部分是機械的，部分是電子或電的。它們比電子開關尺寸更大，比機械開關尺寸更小。

繼電器的結構

繼電器的設計使得觸點的接通為負載供電。在外電路中，我們有負載電源為負載供電，以及線圈電源控制繼電器的操作。在內部，一個槓桿連線到鐵軛上，並帶有硬彈簧以將槓桿向上支撐。一個螺線管連線到軛上，並繞著它纏繞一個操作線圈。該線圈連線到如上所述的線圈電源。

下圖說明了繼電器的結構和工作原理。

繼電器的工作原理

當開關閉合時，建立一條電流路徑，使螺線管通電。槓桿透過一根較重的彈簧連線，該彈簧向上拉動槓桿並保持其位置。當螺線管通電時，它會將槓桿拉向自己，克服彈簧的拉力。當槓桿被拉動時，動觸點與靜觸點接觸以連線電路。因此，電路連線接通或建立，燈泡發光表示這一點。

當開關斷開時，螺線管不再有電流透過，並斷電。這使得槓桿沒有吸引力指向螺線管。彈簧將槓桿向上拉，從而斷開觸點。因此，電路連線被斷開。

下圖顯示了一個實際繼電器的外觀。

現在讓我們看看機電開關的優缺點。

優點

• 即使在負載處處理大功率時，繼電器也消耗較少的能量。
• 操作員可以距離較遠，即使處理高電壓。
• 接通或斷開時無火花。

缺點

• 操作速度慢
• 零件容易磨損

繼電器中的鎖存型別

根據其工作模式，繼電器有很多種類，例如電磁繼電器、固態繼電器、熱繼電器、混合繼電器、簧片繼電器等。

繼電器藉助鎖存器進行連線，如下圖所示。

繼電器中有四種類型的鎖存連線。它們是 -

• 單刀單擲 (SPST) - 此鎖存器具有一個刀片，並擲到一個擲位以進行連線。

• 單刀雙擲 (SPDT) - 此鎖存器具有一個刀片和兩個擲位以進行連線。它可以選擇與兩個不同的電路連線，為此連線了兩個擲位。

• 雙刀單擲 (DPST) - 此鎖存器具有兩個刀片和一個擲位以進行連線。兩個電路中的任何一個都可以選擇與單擲位上的可用電路連線。

• 雙刀雙擲 (DPDT) - 此鎖存器具有兩個刀片，並擲到兩個擲位以同時進行兩個連線。

下圖顯示了所有四種類型的鎖存連線的示意圖。

電子開關

接下來要討論的開關型別是電子開關。如前所述，電晶體因其高速執行和無火花而成為最常用的電子開關。

下圖顯示了一個構建的實際電子電路，使電晶體充當開關。

當電晶體在飽和區工作時，它在接通狀態下充當開關。當它在截止區工作時，它在斷開狀態下充當開關。它線上性區工作，該線性區位於電晶體和截止區之間。要了解這些工作區域，請參閱《基礎電子學》教程中的電晶體章節。

當外部條件非常惡劣且溫度很高時，簡單的普通電晶體無法勝任。在這種情況下，使用了一種名為矽控整流器，簡稱SCR的特殊器件。這將在《電力電子學》教程中詳細討論。

電子開關的優點

電子開關有很多優點，例如

• 尺寸更小
• 重量更輕
• 火花操作
• 無活動部件
• 不易磨損
• 低噪聲操作
• 更快的操作
• 比其他開關更便宜
• 維護成本低
• 由於固態，因此服務無故障

電晶體是一種簡單的電子開關，具有高速執行的特點。它是一種固態器件，所有觸點都很簡單，因此在執行過程中避免了火花。我們將在下一章討論電晶體的開關操作階段。