Wat je moet weten over schakelaars

Schakelaars zijn een integraal onderdeel van ons dagelijks leven en bieden zowel variatie als alomtegenwoordigheid. Ze zijn er in talloze vormen, van piepkleine knopjes tot enorme bedieningselementen, en omvatten een spectrum aan functies. Deze diversiteit, beïnvloed door factoren zoals mechanische of elektrische werking en handmatige of elektronische bediening, komt vaak neer op persoonlijke voorkeuren in esthetiek en gebruikersinterfaces.

Hoewel elektronische schakelaars, die hun oorsprong vinden in technologieën zoals BJT's, MOSFET's, IGBT's en andere halfgeleiderontwerpen, steeds meer aandacht krijgen door de dalende kosten en uitgebreide mogelijkheden, zijn mechanisch bediende schakelaars nog steeds de meest gebruikte oplossing. Dit artikel gaat dieper in op de basisprincipes van schakelaars, met speciale aandacht voor modellen met fysieke bediening en activering, om te begrijpen hoe ze een brug slaan tussen vorm en functie.

Basisprincipes van schakelaars

Het uitgangspunt voor het selecteren van een schakelaar is een goed begrip van de concepten van polen en schakelaars. Eenvoudig gezegd geven polen het aantal circuits aan dat een enkele schakelaar kan besturen, terwijl worpen aangeven uit hoeveel contacten de schakelaar kan kiezen. Dit begrip wordt het best begrepen door middel van eenvoudige visuele voorstellingen.

Afbeelding 1: schema van SPST-schakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

In het geval van een schakelaar met slechts één enkele pool en één enkele worp, treffend SPST genoemd, biedt het controle over één enkel circuit, waarbij de schakelaar in staat is om eenvoudig één enkel contact te openen en te sluiten. Laten we dit eens vergelijken met een schakelaar met een enkelpolige maar een dubbelwerkende configuratie, bekend als SPDT.

Afbeelding 2: SPDT-schakelschema. (Bron afbeelding: Same Sky)

Bij de SPDT-schakelaar blijft er één enkel circuit onder controle, maar kan de schakelaar schakelen tussen twee verschillende contacten. Bij SPDT is de schakelaar niet beperkt tot het openen en sluiten van een circuit, maar tot het omleiden van het circuit zelf.

Afbeelding 3: Schema van de DPDT-schakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

Bij een dubbelpolige, dubbelgegooide (DPDT) schakelaar neemt een enkele schakelaar de controle over twee circuits op zich, en elke schakelaar daarbinnen navigeert tussen twee contacten. Hoewel SPST, SPDT, DPST en DPDT de meest voorkomende schakelaarconfiguraties zijn, is er geen theoretische beperking op het aantal polen en slagen dat een schakelaar kan hebben. Wanneer er meer dan twee polen of worpen zijn, vervangen numerieke labels de 'S' of 'D'. Zo kan een schakelaar met vier polen en vijf worpen door de fabrikant worden aangeduid als een 4P5T-schakelaar. Op dezelfde manier kan een dubbele pool met zes worpen worden voorgesteld als DP6T.

Selectie van schakelaars

Naast de polen en schakelaars zijn er nog verschillende andere schakelspecificaties om rekening mee te houden tijdens het selectieproces. De onderstaande lijst bevat enkele van de meest voorkomende functies, maar is zeker niet volledig.

• Grootte: Zoals eerder vermeld, zijn schakelaars er in vele soorten en maten. Van schakelaars die kleiner zijn dan een rijstkorrel tot schakelaars die te groot zijn om met de hand te bewegen, de grootte hangt meestal af van de beoogde toepassing. Industriële omgevingen implementeren vaak grotere schakelaars wanneer handschoenen een rol spelen of fijne bewegingen moeilijk zijn, terwijl compacte, ingesloten apparaten meestal op zoek zijn naar de kleinst mogelijke schakelaar.
• Standaardtoestand: De meeste schakelaars hebben geen vooraf gedefinieerde toestand, maar er zijn momentschakelaars die meestal een vooraf ingestelde toestand hebben, normaal open (NO) of normaal gesloten (NC).
• Posities: Deze parameter dicteert het aantal schakelaars dat in één unit is ingebouwd. Het kan voorkomen dat dit concept abusievelijk wordt verwisseld met "worpen", maar het is cruciaal om te erkennen dat posities afzonderlijke schakelaars binnen dezelfde eenheid betekenen, die elk onafhankelijk kunnen worden bediend.
• Montage: Net als alle elektronische componenten bieden schakelaars verschillende montageconfiguraties. Opbouw- en doorvoermontagestijlen worden meestal geassocieerd met kleinere schakelaars op printplaten, terwijl schakelaars voor paneelmontage en DIN-railmontage meestal groter zijn. Een belangrijke overweging bij zowel opbouw- als doorvoergatopstellingen is de parameter die bekend staat als "pitch", wat de afstand tussen de draden aangeeft. In de context van schakelaars met doorlopende gaten is de spoed van bijzonder belang, omdat de juiste spoed het gebruik met breadboards mogelijk maakt.

Afbeelding 4: Gebruik van een schakelaar met doorgangsopening op een breadboard. (Bron afbeelding: Same Sky)

• Bediening: Naast het onderscheid tussen handmatige en elektronische bediening, bieden schakelaars verschillende bedieningsmethoden. Dit kan met de hand of met kleine schroevendraaiers of gereedschap. De meest gebruikelijke optie is echter kiezen tussen een verhoogd of vlak actuatorniveau.
• Huidige en spanningsclassificatie: Schakelaars vertonen een breed spectrum van spannings- en stroomwaarden van een paar volt en ampère tot honderden of zelfs duizenden. Het is noodzakelijk om altijd te controleren of een schakelaar geschikt is voor zowel de verwachte stroom- als spanningswaarden van de beoogde toepassing.
• Omgevingsfactoren: Dit heeft meestal betrekking op bescherming tegen binnendringen of IP-classificaties die worden gebruikt om het niveau van bescherming van een schakelaar tegen stof en vloeistof aan te geven. Sommige schakelaars kunnen echter een verhoogde trillingsgevoeligheid of vandalismebestendige functies hebben.

Soorten mechanische schakelaars

De onderstaande schakeltypes worden mechanisch bediend en worden vaak, maar niet uitsluitend, aangetroffen in kleinere, draagbare of geïntegreerde systemen.

• DIP-schakelaars: DIP-schakelaars zijn meestal een reeks SPST-schakelaars en zijn verkrijgbaar in doorvoer- of opbouwverpakkingen. Ze passen goed op breadboards en in afgewerkte producten, waardoor semi-permanente selecties mogelijk zijn. Ze zijn verkrijgbaar in piano-, schuif- en draaivormen en worden gebruikt voor optie-instellingen in apparaten, vooral in industriële toepassingen en ontwikkelkits. DIP-schakelaars bieden meer opties dan jumpers en zijn gebruiksvriendelijk, maar niet voor frequente aanpassingen.

Afbeelding 5: Voorbeeld van een DIP-schakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

• Roterende DIP-schakelaars: Als een subset van DIP-schakelaars hebben deze een roterende indeling voor het selecteren van discrete opties (meestal 4 tot 16 posities) en zijn ze voorzien van een platte of verhoogde knop. Net als lineaire DIP-schakelaars zijn ze verkrijgbaar voor doorvoer- of opbouwmontage. In tegenstelling tot lineaire DIP-schakelaars kunnen ze echter BCD- of hexuitvoeren. Hoewel ze compact en gebruiksvriendelijk zijn, hebben ze maar één uitgang en zijn ze niet bedoeld voor continu gebruik.

Afbeelding 6: Voorbeeld van een DIP-schakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

• Schuifschakelaars: Schuifschakelaars, die vaak worden herkend als vermogensschakelaars, worden bediend door een actuator te verschuiven. Ze zijn meestal SPST en kunnen veelvuldig gebruik aan. Hoewel sommige meerdere palen of worpen hebben, kan dit een precieze positionering lastig maken. Hoewel ze een grotere capaciteit hebben dan DIP-schakelaars, blijven ze energiezuinig en worden ze meestal aan de oppervlakte of door een gat op printplaten gemonteerd. Soms dienen ze als meer toegankelijke DIP-schakelaars in consumentenelektronica, hoewel het een uitdaging kan zijn om het gebruiksgemak in evenwicht te brengen met het vermijden van onbedoelde bediening.

Afbeelding 7: Voorbeeld van een schuifschakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

• Tactiele schakelaars: Tactiele schakelaars staan bekend om hun duidelijke klik en zijn kleine, tijdelijke knoppen die zijn ontworpen voor signalen met een lage spanning en een lage stroomsterkte. Ze compenseren hun bescheiden elektronische mogelijkheden met robuustheid, waardoor ze een lange levensduur hebben van honderdduizenden of zelfs tienduizenden miljoenen. Hoewel ze meestal enkelpolig zijn, kunnen ze ook meerdere worpen en een hoge IP-waarde hebben. Hun wijdverspreide gebruik in consumentenelektronica, zoals gamecontrollers, afstandsbedieningen, garagedeuren en diverse industriële toepassingen, onderstreept hun populariteit dankzij hun kleine formaat en duurzaamheid.

Afbeelding 8: Voorbeeld van een tactiele schakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

• Wipschakelaars: Wipschakelaars draaien in het midden om te schakelen tussen twee opties, meestal niet tijdelijk. Ze dienen meestal als vermogensschakelaars voor hoogspanningscircuits en sommige hebben LED- of gloeilampverlichting voor de status van de schakelaar. Ze kunnen een IP-classificatie hebben voor veeleisende omgevingen. Door hun eenvoudige interface en bediening zijn ze populair in consumentenelektronica, ondanks de iets hogere kosten vanwege de afmetingen en functies. In industriële omgevingen vormen ze een aanvulling op tuimelschakelaars en kunnen ze voorzien zijn van afdekkingen om te voorkomen dat ze per ongeluk worden bediend.

Afbeelding 9: Voorbeeld van een tuimelschakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

• Drukknopschakelaars: Drukknopschakelaars, vaak knoppen of drukknoppen genoemd, hebben een eenvoudige in- en uitschakeling. Ze kunnen tijdelijk zijn, zijn verkrijgbaar in verschillende vormen en er zijn vaak LED's geïntegreerd voor verlichting of om de status van de schakelaar aan te geven. Ze kunnen een breed spannings- en stroombereik aan en worden meestal gemonteerd op printplaten of panelen. Hun gebruiksvriendelijkheid is geschikt voor openbare ruimtes met constante gebruikers. Drukknoppen kunnen robuust worden gemaakt, met anti-vandalisme series en hoge IP-ratings, ideaal voor ruwe omgevingen zoals liften of metro's. Hun grootte, LED-opties en materialen kunnen echter tot hogere kosten leiden in vergelijking met eenvoudigere, kleinere modellen drukknopschakelaars.

Afbeelding 10: Voorbeeld van een drukknopschakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

• Tuimelschakelaars: Tuimelschakelaars staan bekend om hun verlengde hendel, waardoor ze geschikt zijn voor het dragen van handschoenen of situaties met beperkte controle over de fijne motoriek. De prominente hendel biedt duidelijke visuele feedback, waardoor er geen extra LED's nodig zijn, en de grote bewegingen zorgen voor onmiskenbaar schakelen. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende polen en schakelaars, maar ze worden minder vaak geconfigureerd als momentschakelaars. Tuimelschakelaars worden gewaardeerd om hun eenvoudige bediening, snelle feedback en veiligheidsintegratie, waardoor ze zeer geschikt zijn voor industriële of wetenschappelijke toepassingen. Vanwege hun bedrijfskritische gebruik in vliegtuigen, besturingsinstrumenten en medische apparatuur zijn ze vaak duurder.

Afbeelding 11: Voorbeeld van een tuimelschakelaar. (Bron afbeelding: Same Sky)

Samenvatting

Schakelaars zijn fundamentele onderdelen die een cruciale rol spelen in elektronica en elektrische systemen. Dit artikel geeft een uitgebreid overzicht van de belangrijkste aspecten van schakelaars, waaronder hun typen, werking, toepassingen en overwegingen. Of u nu een elektronisch apparaat voor consumenten ontwerpt of werkt aan een complex industrieel project, het kiezen van de juiste schakelaar kan van grote invloed zijn op de functionaliteit en betrouwbaarheid van een systeem. Same Sky heeft een reeks switchoplossingen klaarstaan om te voldoen aan uiteenlopende switchingbehoeften.