Kapcsoló

Elektromos

A kapcsoló (switch) olyan alkatrész, amely a rajta átfolyó áramot szabályozza. Egyik állapotában nem folyik át rajta, másikban igen.

• Nyitott állapotában
  • vezetése 0
  • ellenállása végtelen
  • 0 áramú áramgenerátorként modellezhető,
• zárt állapotában
  • vezetése végtelen
  • ellenállása 0
  • 0 elektromotoros erejű feszültséggenerátorral modellezhető.

Mechanikus vezérlésű

Az N-áramkörös és az N-szeres működésű kifejezések szinonimák.

Típusok

Egypólusú egyáramkörös kapcsoló

Két kivezetése van. Ezek között folyik vagy nem az áram.

SPST - Single pole single throw.

Típusjel: 101.

Alaphelyzetben lehet

• nyitott ( záró kapcsoló, NO, Normally open, Form A ) vagy
• zárt ( bontó kapcsoló, NC, Normally closed, Form B ).

Kétpólusú kapcsoló

Két, mechanikusan együtt működtethető, de elektromosan független egypólusú egyáramkörös kapcsoló.

Típusjel: 102.

Hárompólusú kapcsoló

Három, mechanikusan együtt működtethető, de elektromosan független egypólusú egyáramkörös kapcsoló.

Típusjel: 103.

Egypólusú kétáramkörös kapcsoló

Három kivezetése van. A közös ( common ) érintkező hol az egyik, hol a másik érintkezőhöz kapcsolódik. Váltókapcsolónak és morze kapcsolónak is hívják.

Típusjel: 106.

Az átkapcsolás során rövid ideig előfordulhat, hogy a közös érintkező egyik érintkezőhöz sem kapcsolódik - vagy egyszerre mindkettőhöz.

• Amelyik előbb bont és utána zár Form C-vel,
• amelyik előbb zár és utána bont Form D-vel jelölik.

Olyan mechanika is van, amelyiknek stabil állapota amikor a közös érintkező semelyik másikhoz sem érintkezik. Az átkapcsoló 0 állással vagy a gépjármű irányjelző kapcsoló ilyen.

SPDT - Single pole double throw.

N-áramkörös fokozatkapcsoló, forgókapcsoló, Yaxley

N stabil állapotnak megfelelő N érintkezője és ezen felül egy közös érintkezője van. A közös érintkező az N közül egyhez csatlakozik.

Továbbfejlesztése a kétáramkörös kapcsolónak.

Kétpólusú kétáramkörös

Két, mechanikusan összekapcsolt egypólusú kétáramkörös kapcsoló.

DPDT - Double pole double throw.

Keresztváltó

Két, mechanikusan összekapcsolt egypólusú kétáramkörös kapcsoló, belső összekötéssel.

Típusjel: 107

Négypólusú kétáramkörös

Négy, mechanikusan összekapcsolt egypólusú kétáramkörös kapcsoló.

QPDT - Quadruple pole double throw - 4PDT.

Stabilitás szerint

Bistabil, N-stabil

Az alkatrészbe épített mechanikus kiegészítő a kapcsoló mindkét ( összes ) állapotát fenntartja, ha külső erő nem hat rá.

Monostabil, nyomógomb

Rugó tartja stabil helyzetben. Külső erő átkapcsolja, de az erő megszűntekor visszaáll az eredeti helyzetbe.

A stabil állapot lehet nyitott (NO, normally open) vagy zárt (NC, normally closed).

Fizikai felépítés

Rendkívül változatos formában jelenik meg, de alapvetően szigetelő alapon két ( vagy több ) fém alkatrészből áll, amelyek egymáshoz képest elmozdulhatnak. Az érintkezési pontokat gyakran pogácsaszerűre gyártják. Gyakran rugós, hiszterézises felépítés biztosítja, hogy lassú működtetéskor a kapcsoló gyorsan és megfelelő erővel kapcsoljon.

Feszültség, áramerősség, ellenállás, élettartam

A kapcsolók egyik lényeges jellemzője az a feszültség, amelyet nyitott állapotban még elvisel. A valós kapcsoló ellenállása kisebb végtelennél, ezért azon nyitott állapotban is disszipálódik teljesítmény. Ugyancsak véges az érintkezők távolsága így mint szikraközök között adott feszültség átüt.

Másik az az áramerősség, amit zárt állapotban még elbír.

Mindkét érték függ az áram frekvenciájától ( nemétől ). Jellemzően egyenáramú és 50 Hz-es adatot szokás megadni.

A kapcsoló ellenállása nyitott állapotban nagyon jó közelítéssel végtelen, zárt állapotban pedig nulla. Ha mégsem, akkor az lényeges adata a kapcsolónak.

Kapcsoló élettartamának jellemzésére a hibamentes átkapcsolások számát használják.

Speciális típusok

Higanykapcsoló

Üvegcsőbe nyúló két elektróda közötti zárást folyékony higany végzi. Működtetéshez ezt a kapcsolót egyszerűen el kell fordítani, hogy az érintkezők beleérjenek (vagy nem) a higanyba.

Robbanásbiztos, nagyáramú, pergésmentes.

Mozgó berendezésben vagy extrém hőmérsékleten működése bizonytalan.

Reed kapcsoló

Érintkezői védőgázzal feltöltött üvegcsőben helyezkednek el. Ez a megoldás megvédi a szennyeződéstől, korróziótól.

Külső mágneses tér hatására az érinkezők összeérnek, a tér megszűntekor szétkapcsolódnak. A neve onnan származik, hogy az érintkezők általában hosszúak és hajlékonyak (reed - ang. nád, nádszál).

Tekercsbe helyezve rendkívül egyszerű és megbízható reed jelfogó (reed relé) készíthető segítségével.

DIL kapcsoló

Jellemzően kevés átkapcsolásra használják. Nem a használó, hanem karbantartó állítja be. Készülék belsejében helyezik el.

Záródugó, jumper, 0 ohmos ellenállás

Jellemzően kevés átkapcsolásra használják. Nem a használó, hanem karbantartó állítja be. Készülék belsejében helyezik el. Záróldugó, lemezke zárja a kapcsolót; a nyitott állapothoz ezt egyszerűen el kell távolítani.

A 0 ohmos ellenállás átkapcsolásához forrasztópáka kell.

Szenzor

Két, egymástól szigetelt elektróda mindössze. Az áramkör zárását az operátor ujja végzi amikor mindkét elektródához hozzáér. Zárt állapotban ennek a kapcsolónak az ellenállása lényegesen nagyobb nullánál.

Nagyfrekvenciás

Alkatrészház illetve érintkezők kialakítása tápvonalszerű.

Speciális kapcsolók

Csillárkapcsoló

Egy mechanikába két, függetlenül működtethető egypólusú egyáramkörös kapcsoló. Egyik kivezetésük gyakran közösítve van.

Típusjele: 105.

Zsalukapcsoló, zsalunyomó

Egy mechanikába két kapcsoló van, amelyek közül legfeljebb egyik lehet bekapcsolva. Ezt mechanikus vagy elektromos reteszelés teljesíti. Redőny, lift, stb. motorjának vezérlésére fejlesztették.

Típusjele: R105.

Kapcsolások

Soros kapcsolás

Két kapcsoló sorbakapcsolva a logikai ÉS műveletet valósítja meg. Akkor és csak akkor folyik át rajta áram, ha mindkét kapcsoló be van kapcsolva.

Párhuzamos kapcsolás

A párhuzamos kapcsolás a logikai VAGY művelet. Akkor és csak akkor folyik át áramm ha legalább az egyik be van kapcsolva.

Ekvivalencia kapcsolás

Ez a kapcsolás a logikai ekvivalenciát valósítja meg. Akkor és csak akkor folyik át rajta áram, ha a kapcsolók állása megegyezik. Tipikus alkalmazás folyosó két végén mint világításkapcsoló.

Invertáló kapcsolás

Ez a kapcsolás a bejövő két áramot egymással felcseréli. Egyenáramú motor irányváltójaként elterjedt. Lelke egy kétpólusú kétáramkörös kapcsoló.

Előrehuzalozva (4 kivezetéssel) keresztkapcsolóként ismert.

Típusjel: 107.

Egyéb

Pergés, prellezés

Amikor egy kapcsolót felkapcsolunk, a rugalmas lemezke rezgése miatt körülbelül századmásodperc ... tizedmásodperc közötti ideig fennálhat egy olyan állapot, amikor gyakori zárás és bontás egymásutánja jellemzi a kapcsoló működését.

Ugyanez a jelenség megfigyelhető nyomógomb esetén is, főként amelynek nincs rugós átkapcsoló mechanikája, hanem az ujjunkkal mindössze egy rudazattal közvetítve zárjuk/bontjuk az áramkört. Ez esetben a kezünk apró remegése okoz az átmenet idejében szintén a fent ismertetett rövid ideig zárás és nyitás gyorsan változó állapotát abban a pillanatban, amikor a gomb megnyomásakor a lemezek éppen összeérnek illetve amikor elengedéskor éppen elválnának.

Miért kellemetlen jelenség ez?

• mivel a lemezkék a prellezés során csak századmásodpercekre távolodnak el, 230 V-os hálózatban illetve egyéb erősáramú hálózatban elektromos ív keletkezik az érintkezők között, amely roncsolja az érintkező felületét, továbbá a szikra elektromágneses zavart bocsát ki. Ezért erősáramú kapcsolókban elterjedt, hogy erős rugóval kivitelezett billenőmechanikával gyorsítják a be/kikapcsolást.
• nincs egzakt zárása a kapcsolónak, ezáltal ha például meg szeretnénk számolni, hányszor lett megnyomva a nyomógomb, akkor ez a jelenség a tényleges megnyomás sokszorosát adja. Azonban a prellezés hatása gyengeáramú áramkörökben elektronikusan is felszámolható az alábbi módszerek bármelyikével:
  1. ellenállásból és kondenzátorból készített aluláteresztő szűrővel és hiszterézises komparátor felhasználásával.
  2. tizedmásodperces késleltető áramkörrel, amely a nyomógomb lemezeinek bármely pillanatbeli összeérésekor a megnyomott állapotnak megfelelő szinten tarja tizedmásodpercig az áramköri egység jelét. Ezáltal a gyors prellezést az áramköri egység nem adja tovább.
  3. dupla nyomógomb alkalmazásával, amely például egy RS tároló R és S lábainak állapotát változtatja. Egyik nyomógomb felel ekkor az egyik állapotért (például be) a másik pedig a másik állapotért (például ki). Az RS tároló kimenete az áramköri egység kimenete.

Ívképződés

Villamos ív ( plazma ) csökkentése:

• szigetelő betolása az érintkezők közé,
• ívfújás levegővel vagy semleges gázzal,
• kapcsolási tér feltöltése transzformátorolajjal,
• vákuum létrehozása a kapcsolóban.

Hiszterézis

A kapcsolónak két állapota van és az áramkör többi része feltételezi, hogy a két állapot közötti átkapcsolás gyors és határozott. Ezt, valamint az állapot stabil fenntartását mechanikus szerkezet biztosítja. A kapcsoló karjának elmozdítása egy darabig nem kapcsolja át a kapcsolót, majd bizonyos erőnél az átkapcsolás gyorsan és határozottan történik.

Hiszterézis

Szennyeződés, oxidáció

Érintkezők közé jutott szennyeződés, por bizonytalanná teszi a kapcsoló zárását. Jellegzetes recsegés az eredmény. Ellenszere a tokozás, légmentes ( pormentes ) lezárás. Öntisztulást lehet elérni csúszó érintkezőkkel.

Aranybevonat illetve védőgázos burkolatba helyezés hatásosan előzi meg az oxidációt. Különösen nagy igénybevétel a trópusi, tengeri klíma.

((tisztítás))

Kenőáram

((Hagyományos telefonközpontban kis egyenáramra (kenőáramra) szuperponálják a hangáramot.))

Kitekintés

A kapcsoló természetesen érzékelő.

Operátor működtette kapcsoló és készülék tervezésekor fontos szempont az ergonómia. Elrettentő példa a '80-as években divatos, karórába épített, teljesen használhatatlan zsebszámológép.

Gyakran egybeépítik jelzőlámpával ( Glimm, izzó, LED ). Glimmel egybeépített világításkapcsoló tönkreteszi a kompakt fénycsövet. Régi, energiatakarékos megoldás a kapcsoló működtetőjét foszforeszkáló műanyagból készíteni.

Villanymotorban, dinamóban kommutátornak hívják a kapcsolót. Higanykapcsolót használt villanymotorjában Jedik Ányos.

Néhány, elsősorban fémvázas járművön használt kapcsolóhoz csak egy vezeték megy. A másik érintkező a kapcsoló felerősítésén keresztül kötődik össze a készülékházzal.

Elektromos vezérlésű

Nem lineáris alkatrészt a karakterisztikája nem lineáris részének két pontján üzemeltetve az kapcsoló jellegűen működik. Példa a triak, tirisztor ki- illeve bekapcsolt állapota vagy lezárt illetve telítésben vezető tranzisztor.

Jelfogó

Elekromágnessel és vasmaggal egybeépített mechanikus kapcsolóból jelfogó vagy csengő készíthető.

Szilárdtest relé

A szilárdtestrelébe vezetett gyengeáramú kapcsolójelet általában optocsatolóval választják el az általában erősáramú áramkört kapcsoló résztől. Az optocsatoló kimenete pedig egy triakot kapcsol.

Alkalmazási korlátozások:

• Az imént ismertetett felépítésű szilárdtest relé kizárólag váltakozóáramot vagy szüretlen, lüktető egyenáramot képes kapcsolni, mivel a kikapcsolása a rajta átfolyó áram pillanatnyi megszünésekor következik be.

Analóg kapcsoló

Digitális jellel meghajtott MOSFET-re épülő kapcsolóelem, amely főáramköre a drain-source lábak között található, a gate lábán kereszül pedig csak kisimpedanciás vagy nagyimpedanciás állapotba kapcsolják a MOSFET-et.

Lásd például: CD4066 ill. 74HC4066 integrált áramkörök belső felépítését. Megjegyzés: gyakran demultiplexerrel is egybeépítik. Például ilyen a CD4052 illetve a 74HC4052 integrált áramkör is.

Adatátviteli kapcsoló

(( helyi hálózat switch ))

Az adatátviteli kapcsoló (switch) érdekessége, hogy ezen elrendezésben az átkapcsolást nem egy harmadik, külső kar vagy vezetőn folyó áram idézi elő, hanem a tápláló irányból érkező adat elején található célcímet reprezentáló bitsorozat. A kapcsolási irány pedig az eszközben dinamikusan (bár lehetne statikusan is) eltárolt feladó címek alapján történik. Azaz ha egy adott című ezköz küld egy akár mindenkinek szóló (broadcast), akár egy adott eszközcímű berendezés felé címzett keretet, akkor ez a kapcsolóeszköz egyúttal eltárolja azt, hogy ezen a csatlakozási pontján ez a című eszköz található. Ezek után bármely másik lábán érkező adat, amely ennek az eszköznek van címezve az kizárólag erre a csatlakozási pontra kapcsolja rá.

Rokon berendezés a router, amely már nem eszközcím, hanem egy eszköztől független képzett cím, az IP cím alapján választja ki, hogy mely csatlakozón és kinek kell címeznie az adatcsomagot. Ráadásul ezen folyamat során az eszköz fizikai címét is felderíti, mivel az eszköz csak a saját fizikai címére címzett adatokat fogadja el a mindenkinek címzett keretet leszámítva.

Programkapcsoló

Program futását befolyásoló paraméter. Segítségével a program elindításakor választhatunk (másszóval átkapcsolhatunk) a benne megírt több funkciók között.

UNIX rendszereknél elterjedten argumentumnak vagy a program paraméterének is hívják. A legfontosabb kapcsoló a segítségkérés, amely szokásos megoldása MSDOS esetén a /? UNIXok esetén a -h illetve a --help opció.

Példák:

• MSDOS esetén például a dir parancs esetén a dir /?
• UNIX rendszereknél az ls parancs esetén az ls --help