脉冲电路 - 开关

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开关是一种接通或断开电路或触点的设备。此外，它还可以将模拟数据转换为数字数据。开关高效运行的主要要求是速度快且切换时不产生火花。基本部件包括开关及其相关电路。

开关有三种类型。它们是 -

• 机械开关
• 机电开关或继电器
• 电子开关

机械开关

机械开关是较早类型的开关，我们以前使用过。但它们已被机电开关取代，后来在一些应用中也被电子开关取代，以克服前者的缺点。

机械开关的缺点如下 -

• 它们具有较高的惯性，限制了操作速度。
• 它们在断开触点时会产生火花。
• 开关触点做得较重以承载更大的电流。

机械开关的外观如下图所示。

这些机械开关已被机电开关或继电器取代，后者具有良好的操作速度并减少了火花。

继电器

机电开关也称为继电器。这些开关部分是机械的，部分是电子或电的。它们比电子开关尺寸更大，比机械开关尺寸更小。

继电器的结构

继电器的设计使得触点的接通为负载供电。在外电路中，我们有负载电源为负载供电，以及线圈电源控制继电器的操作。在内部，一个杠杆连接到铁轭上，并带有硬弹簧以将杠杆向上支撑。一个螺线管连接到轭上，并绕着它缠绕一个操作线圈。该线圈连接到如上所述的线圈电源。

下图说明了继电器的结构和工作原理。

继电器的工作原理

当开关闭合时，建立一条电流路径，使螺线管通电。杠杆通过一根较重的弹簧连接，该弹簧向上拉动杠杆并保持其位置。当螺线管通电时，它会将杠杆拉向自己，克服弹簧的拉力。当杠杆被拉动时，动触点与静触点接触以连接电路。因此，电路连接接通或建立，灯泡发光表示这一点。

当开关断开时，螺线管不再有电流通过，并断电。这使得杠杆没有吸引力指向螺线管。弹簧将杠杆向上拉，从而断开触点。因此，电路连接被断开。

下图显示了一个实际继电器的外观。

现在让我们看看机电开关的优缺点。

优点

• 即使在负载处处理大功率时，继电器也消耗较少的能量。
• 操作员可以距离较远，即使处理高电压。
• 接通或断开时无火花。

缺点

• 操作速度慢
• 零件容易磨损

继电器中的锁存类型

根据其工作模式，继电器有很多种类，例如电磁继电器、固态继电器、热继电器、混合继电器、簧片继电器等。

继电器借助锁存器进行连接，如下图所示。

继电器中有四种类型的锁存连接。它们是 -

• 单刀单掷 (SPST) - 此锁存器具有一个刀片，并掷到一个掷位以进行连接。

• 单刀双掷 (SPDT) - 此锁存器具有一个刀片和两个掷位以进行连接。它可以选择与两个不同的电路连接，为此连接了两个掷位。

• 双刀单掷 (DPST) - 此锁存器具有两个刀片和一个掷位以进行连接。两个电路中的任何一个都可以选择与单掷位上的可用电路连接。

• 双刀双掷 (DPDT) - 此锁存器具有两个刀片，并掷到两个掷位以同时进行两个连接。

下图显示了所有四种类型的锁存连接的示意图。

电子开关

接下来要讨论的开关类型是电子开关。如前所述，晶体管因其高速运行和无火花而成为最常用的电子开关。

下图显示了一个构建的实际电子电路，使晶体管充当开关。

当晶体管在饱和区工作时，它在接通状态下充当开关。当它在截止区工作时，它在断开状态下充当开关。它在线性区工作，该线性区位于晶体管和截止区之间。要了解这些工作区域，请参阅《基础电子学》教程中的晶体管章节。

当外部条件非常恶劣且温度很高时，简单的普通晶体管无法胜任。在这种情况下，使用了一种名为硅控整流器，简称SCR的特殊器件。这将在《电力电子学》教程中详细讨论。

电子开关的优点

电子开关有很多优点，例如

• 尺寸更小
• 重量更轻
• 火花操作
• 无活动部件
• 不易磨损
• 低噪声操作
• 更快的操作
• 比其他开关更便宜
• 维护成本低
• 由于固态，因此服务无故障

晶体管是一种简单的电子开关，具有高速运行的特点。它是一种固态器件，所有触点都很简单，因此在运行过程中避免了火花。我们将在下一章讨论晶体管的开关操作阶段。