یک تک سوئیچ یا کلید الکتریکی، در ابتدایی‌ترین تعریف، قطعه‌ای است که جریان الکتریکی را قطع یا وصل می‌کند. انواع مختلفی از کلیدهای الکتریکی ازنظر شکل، ابعاد و نوع وجود دارد که شامل ویژگی‌ها، مشخصات و فوت‌پرینت‌های زیادی هستند.
منظور از فوت پرینت (footprint)، موقعیت مکانی هر پین از قطعات الکترونیکی، برروی برد مدارچاپی است.
آنچه در این مقاله به آن‌ها پرداخته خواهد شد:
تک سوئیچ چیست؟
تک سوئیچ (Tactile Switch) یکی از انواع کلیدهای رایج و پرکاربرد است که معمولاً هنگام فشرده‌شدن توسط کاربر، یک مدار الکتریکی را کامل می‌کند و در پاسخ، یک صدای کلیک تولید می‌کند که بیانگر جاری شدن جریان الکتریکی است. با رها شدن تاک سویچ نیز، جریان الکتریکی قطع خواهدشد. به بیان دیگر، تک سوئیچ یک کلید لحظه‌ای است که با لمس و فشرده شدن کار می‌کند. درواقع صدای کلیک که با فشردن یک تک سوئیچ شنیده می‌شود، این بازخورد را به کاربر می‌دهد که کلید فشرده شده و سیگنال الکتریکی احتمالاً جاری شده است. البته مدل‌هایی از این سوئیچ های لمسی نیز موجود هستند که هنگام فشردن کلید، جریان قطع می‌شود و هنگام رها کردن کلید، جریان مجدداً جاری می‌شود. به این نوع تاک سوئیچ ها در حالت عادی بسته (Normally Closed) گفته می‌شود.
این نوع سوئیچ کلید ها اوایل دهه 1980 به عنوان کلیدهای غشایی یا کلیدهای چاپی در کیبوردها و کی‌پدها مورد استفاده قرار گرفتند. البته نداشتن صدای بازخورد هنگام لمس کلید و عملکرد ضعیف این کلیدها باعث شد افراد مقاومت زیادی نسبت به استفاده از آن‌ها داشته باشند تا اینکه در اواخر دهه 1980 طرح جدید تک سوئیچ ها با برآمدگی فلزی معرفی شدند. این طراحی گنبدی شکل صدای کلیک ایجاد می‌کرد و دارای طول عمر بیشتری بود.
امروزه تاک سوئیچ‌ها به طور گسترده برای گرفتن ورودی از کاربر در هزاران دستگاه تجاری و غیرتجاری استفاده می‌شود.
تفاوت تک سوئیچ و کلید فشاری چیست؟
برخی از افراد در نام‌گذاری تک سوئیچ ها سردرگم می‌شوند، به طوری‌که اغلب، آن ها را به‌عنوان کلیدهای فشاری می‌شناسند. اما این دو کلید دارای تفاوت‌هایی از لحاظ عملکرد و ساختار هستند:
یک کلید فشاری به گونه‌ای طراحی شده تا هنگامی که محرک فشرده می‌شود و فاصله مشخصی را طی می‌کند، باعث شده تا جریان الکتریکی در مدار جاری شود و زمانی که مجدداً فشرده شود، مانع عبور جریان شود. کلیدهای فشاری می‌توانند برروی پنل‌ها و همچنین مستقیماً برروی بردهای مدار چاپی (PCB) نصب شوند.
از طرف دیگر، یک تاک سوئیچ زمانی اجازه عبور جریان را می‌دهد که محرک آن فشرده و نگه‌داشته شود و با رها شدن محرک، مانع از عبور جریان شود و بالعکس. زمانی که محرک حداقل جابه‌جایی را دارد، به‌عنوان حرکتی لحظه‌ای شناخته می‌شود. تمام تک سوئیچ‌ها، لحظه‌ای هستند؛ درحالی‌که تنها برخی از کلیدهای فشاری لحظه‌ای می‌باشند. همچنین تک سوئیچ ها معمولاً بسیار کوچک‌تر از کلیدهای فشاری هستند و به خاطر طراحی‌شان اغلب ولتاژ و جریان نامی کمی را می‌توانند تحمل کنند. آن‌ها بازخورد صوتی و لمسی دارند و منحصراً برای نصب مستقیم بر روی بردهای مدار چاپی طراحی شده‌اند.
ویژگی‌ها و مزایای تاک سوئیچ ها
تاکتیل سوئیچ‌ها ویژگی‌های مهم و مفیدی را ارائه می‌دهند که می‌تواند باعث بهبود ارتباط کاربر با یک دستگاه شود:
- اول، آن‌ها عملکرد لحظه‌ای مدار را امکان‌پذیر می‌سازند به‌این معنی که با فشردن سوئیچ، جریان در مدار جاری می‌شود و با رها شدن سوئیچ، جریان متوقف می‌شود و بالعکس. این امر سبب ورود سریع‌تر داده می‌شود، مانند صفحه کلید کامپیوتر، و تا زمانی که لازم باشد عملیات تکرار می‌شود، مانند کی‌پد کنترل یک موتور.
- دوم، و مهم‌تر از همه، تک سوئیچ ها بازخورد لمسی و شنیداری را برای اپراتور فراهم می‌کنند و اطمینان می‌دهند که سوئیچ درحال کار و جریان در مدار برقرار است. آن‌ها همچنین مانند صفحه کلید کامپیوتر، احساس فیزیکی خوشایندی را هنگام تایپ کردن به همراه دارند.
- سوم، تک سوئیچ ها معمولاً با توان و جریان نامی کمی کار می‌کنند. به سبب این امر، تولید آن‌ها هزینه‌ی کمتری داشته و بهتر با دستگاه‌ها و سیستم‌های ولتاژ پایین تطبیق می‌یابند.
- درنهایت، تک سوئیچ ها به خاطر داشتن اجزای متحرک کم‌تر، نسبت به کلیدهای مکانیکی طول عمر بیشتری دارند. به همین علت بدون نگرانی در مورد برداشتن آن‌ها برای تعمیر، مستقیماً برروی بردهای مدار چاپی نصب می‌شوند. همچنین نسبت به سایر کلیدها، هزینه‌ی کمتری برای استفاده در یک محصول دارند.
ساختار و عملکرد تک سوئیچ
تاک سوئیچ ها درعین سادگی، ظاهر مناسبی دارند و اجزای بسیار کمی را برای انجام عملکرد موردنظر خود به کار می‌گیرند. طراحی اصلی یک تک سوئیچ معمولا شامل 4 بخش است:
- بزرگترین جزء که یک قاب مرکزی رزین قالب گیری شده‌است( لایه چهارم) و شامل ترمینال‌ها و کنتاکت‌هایی (پایه‌هایی) برای اتصال کلید به برد مدار چاپی می‌باشد.
- یک کنتاکت گنبدی شکل (لایه سوم) که در قاب مرکزی قرار می‌گیرد و تحت فشار تغییر شکل می‌دهد. این امر سبب ایجاد کلیک لمسی و شنیداری تک سوئیچ می‌شود. قسمت گنبدی شکل هنگام خم شدن، دو کنتاکت ثابت قاب را به هم متصل می‌کند و بدین ترتیب جریان در مدار را برقرار می‌شود. با حذف نیروی اعمالی، این بخش گنبدی شکل به شکل اولیه خود برمی‌گردد و جریان مدار قطع می‌شود. گنبدها بسته به مقدار بازخورد لمسی و شنیداری‌شان از فلز و سایر مواد دیگر ساخته می‌شوند.
- Plunger یا پیستون در رأس کنتاکت گنبدی قرار می‌گیرد (لایه دوم) و به‌منظور خم شدن گنبد و فعال‌سازی کلید فشرده می‌شود. پلانگرها می‌توانند از فلز، لاستیک و یا مواد دیگری ساخته شوند و بسته به نیاز محصول می‌توانند مسطح یا برآمده باشند. نوع ماده‌ی به کار رفته در ساخت پیستون و کنتاکت گنبدی، احساس لمس و صدای کلیک سوئیچ را تعیین می‌کند.
- پوشش لایه اول که در بالای پیستون قرار می‌گیرد از مکانیزم داخلی کلید محافظت می‌کند، بسته به کاربرد مورد نظر سوئیچ و میزان حفاظت موردنیاز می‌تواند از فلز یا مواد دیگری ساخته شود. همچنین در برخی کلیدها، از پوشش‌های خاص شامل یک ترمینال زمین برای حفاظت در برابر تخلیه ساکن استفاده می‌شود.
مشخصات سوئیچ های لمسی
پارامترهای مهم انتخاب تک سوئیچ علاوه‌بر مشخصات داخل دیتاشیت می‌تواند شامل مواردی مثل «احساس کاربر هنگام فشردن کلید» و «صدای کلید» شود و بدیهی است که میزان حساسیت روی این گزینه‌ها بسته‌به کاربرد و محل استفاده دارد.
بهتر است مطابقت ویژگی‌های یک سوئیچ خاص برای کاربرد موردنظر را با تست آن کلید در محصول نمونه بررسی کنیم. برای مثال، یک سوئیچ خودرو ممکن است به نیروی محرک بیشتری نیاز داشته باشد تا مانع از خطاهای ورودی ناشی از لرزش خودرو شود. یک سوئیچ به کار رفته در یک پرینتر یا یک دستگاه بازی می‌تواند حساسیت کمتری داشته باشد. البته در هر دو مورد سوئیچ باید در طول عمر محصول، عملکرد قابل اعتمادی داشته باشد.
به‌طور کلی مشخصات زیادی برای انتخاب تک سوئیچ ها وجود دارد، از جمله:
ولتاژ نامی: بیانگر حداکثر ولتاژی است که سوئیچ می‌تواند هنگام باز یا بسته شدن تحمل کند. معمولاً تک سوئیچ ها ولتاژ نامی کمی دارند.
جریان نامی: حداکثر جریان برحسب آمپر است که یک کلید می‌تواند قبل از آسیب دیدن تحمل کند.
نیروی محرک: مقدار نیرو یا فشاری است که برای حرکت دادن محرک روی سوئیچ موردنیاز است.
جابه‌جایی محرک: کل جابه‌جایی یک کلید فشرده شده‌است.
نیروی اتصال: مقدار نیرو یا فشار موردنیاز به منظور اتصال ترمینال‌ها و جاری شدن جریان.
ارتفاع محرک: ارتفاع محرک از بالای بدنه‌ی سوئیچ.
محدوده طول عمر: مدت طول عمر مورد انتظار کلید الکترونیکی تحت شرایط کاری نرمال.
محدوده دما: محدوده دمایی که تحت آن سوئیچ طبق مشخصات خود عمل خواهد کرد.
نحوه نصب: تاک سوئیچ‌ها به دو شیوه‌ی SMD و Through hole می‌توانند بر روی بردهای مدار چاپی نصب شوند.
درجه IP: یک استاندارد بین‌المللی که درجه حفاظت یک کلید الکترونیکی دربرابر نفوذ گرد و غبار و مایعات را تعیین می‌کند.
معرفی انواع تک سوئیچ
سوئیچ های لمسی به دو دسته‌ی اصلی استاندارد (بدون محفظه) یا محفظه‌دار (sealed) تقسیم می‌شوند. تک سوئیچ نوع استاندارد دربرابر عوامل خارجی مانند گرد و غبار، گاز یا آب هیچ حفاظتی ندارد. درمقابل، تک سوئیچ های نوع محفظه‌دار یا مهر و موم شده دارای قطعات مکانیکی هستند که مانع از ورود گرد و غبار و آب به درون سوئیچ می‌شوند.
انواع دیگری از تک سوئیچ ها عبارتند از:
- گرد، مربعی، مستطیلی
- Flush (دکمه این نوع تک سوئیچ ها تقریبا هم سطح با بدنه می باشد)
- ال‌ای‌دی دار
- مینیاتوری
- میکرو
- رایت
- کله خور (long stroke)
- 6 پایه
- آرایه تک سوئیچ و کی‌پد
نحوه سیم‌کشی یک تک سوئیچ
معمولاً تک سوئیچ‌ها دارای 4 پایه هستند. این پایه‌ها به صورت داخلی دو به دو به یکدیگر متصل شده‌اند. هدف استفاده از 4 پایه، پایداری و استحکام کلید هنگام نصب آن بر روی برد مدار چاپی بوده‌است. هنگام اتصال یک تک سوئیچ، استفاده از 2 پایه کافیست. اما بهتر است تا جای ممکن از همه پایه‌ها استفاده کنید. البته تک سوئیچ های 2 پایه نیز موجود هستند. همچنین تک سوئیچ های 5 پایه‌ای که پکیج بسیار کوچکی دارند و برای کنترل جوی‌استیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاربردهای تاک سوئیچ
با توجه به ابعاد کوچک، وزن کم و طول عمر زیاد تک سوئیچ‌ها، می‌توان از آن‌ها در انواع محصولات تجاری و غیر تجاری استفاده نمود. البته می‌توانید در ادامه، فهرستی از برخی کاربردهای این نوع کلیدها را مشاهده کنید:
- صفحه کلیدها و کی‌پدها
- ریموت کنترلرها
- کنترلرهای بازی
- تلفن
- اسباب بازی
- ابزارهای موسیقی
- کامپیوترهای نوت بوک
- لوازم خانگی
- ابزارهای امنیتی
- کنترلرهای صنعتی
- ابزارآلات الکتریکی و الکترونیکی
- تجهیزات قابل حمل
- تجهیزات پزشکی
برخی دیگر از کاربردهای جدید که از ویژگی‌های ابعاد کوچک، وزن سبک و دوام تک سوئیچ‌ها بهره می‌برند، تکنولوژی ابزارهای پوشیدنی، دوربین‌های پوشیدنی و.. می‌باشند.
نتیجه گیری
تک سوئیچ‌ها یا سوئیچ های لمسی هنگام نیاز به کنترل یا ورود داده به صورت سریع و کم مصرف، انتخاب هوشمندی هستند، به طوری که بازخورد لمسی و شنیداری آن‌ها ویژگی مطلوبی است. انواع تک سوئیچ‌ها با اشکال و ابعاد متنوع در بازار موجود هستند که بسته به نیاز خود می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.
امیدواریم این مطالب به دانش فنی شما افزوده باشد تا از آن برای انتخاب یک کلید الکترونیکی در طراحی مدارت خود بهره ببرید. چنانچه دررابطه با انواع تاک سوئیچ ها پرسش یا پیشنهادی دارید، می‌توانید در بخش دیدگاه همین صفحه آن را برای تیم کارشناس روبوایکیو ارسال کرده و پاسخ خود را در اسرع وقت از ما دریافت نماید.
