Переключатели

Переключатель представляет собой устройство, предназначен­ное для коммутации электрических цепей радиоустройств с це­лью обеспечения того или иного режима работы.

Переключатели являются довольно распространенными радио­компонентами, от надежной работы которых во многом зависят работа всего радиоустройства и правильность получения той или иной информации.

Конструкция переключателя состоит из двух основных элемен­тов: контактной пары и механизма замыкания-размыкания кон­тактов.

Контакты, как правило, изготовляют из платины, серебра, зо­лота и сплавов других металлов, а также из бронзы, латуни и вольфрама. Они могут быть плоскоконической, плоскосферичес­кой и цилиндрической формы. Контакты бывают прижимные и притирающиеся.

По способу действия механизма замыкания-размыкания контак­тов переключатели подразделяются на нажимные (кнопки и кла­виши), перекидные (тумблеры) и галетные.

По назначению контакты классифицируются на высокочастот­ные и низкочастотные, сильноточные и слаботочные.

Основными параметрами переключателей являются: переход­ное сопротивление, емкость между контактами, сопротивление изоляции, мощность контактов, срок службы, четкость фикса­ции, масса и габариты.

Переходное сопротивление контактов зависит как от материала контактов, так и от состояния их поверхности. Чем больше давле­ние между контактами и меньше они окислены, тем меньше пе­реходное сопротивление и выше надежность контактирования. Обычно переходное сопротивление составляет 0,01...0,03 Ом.

Емкость между контактами определяется их взаимным пере­крытием по площади и расстоянием между ними, а также ви­дом диэлектрика, на котором они укреплены. Емкость высо­кочастотных переключателей должна быть не более 1...2 пФ, в противном случае она может оказывать существенное влияние на работу высокочастотных узлов, в которых применяется пере­ключатель (например, во входных цепях радиоприемных уст­ройств), и вызывать их генерацию. Поэтому в высокочастотных переключателях в качестве каркасов применяются керамические галеты.

Сопротивление изоляции между контактами переключателя оп­ределяет их электрическую прочность. Это особенно важно для радиопередающих устройств, в которых под действием высоких напряжений в диэлектрике возможны повышенная поляризация и увеличение токов утечки.

Мощность контактов определяется произведением предельно допустимого тока при замкнутых контактах на предельно допус­тимое напряжение при разомкнутых контактах, при которых га­рантируется нормальная работа переключателя в течение опреде­ленного срока службы.

Срок службы переключателя оценивается числом переключе­ний, при котором переключатель исправно работает. Он составля­ет от нескольких тысяч до нескольких миллионов переключений и зависит от мощности контактов и климатических факторов. Четкость фиксации переключателя характеризуется отношением силы, необходимой для его вывода из зафиксированного положе­ния, к минимальной силе, требуемой для его движения в проме­жуточном (незафиксированном) положении. В конструкциях пе­реключателей обычно предусматривается фиксатор, удерживающий контакты в строго замкнутом или разомкнутом положении и препятствующий их перемещению при вибрациях и ударах.

Масса и габариты переключателя определяются в основном его мощностью, типом механизма, числом коммутирующих контакт­ных пар и др.

Из числа перекидных переключателей наиболее широкое при­менение получили тумблеры (рис. 2.38). Принцип работы тумб­лера состоит в следующем. При крайнем положении рычага 1 пру­жина 6 прижимает переключающий валик 4 к одной паре контак­тов 5, замыкая их. При перемещении рычага в другое крайнее положение пружина сжимается до тех пор, пока центр О головки рычага не окажется в положении О'. При этом под действием со­ставляющей силы Р' валик перемещается к другой паре контак­тов и замыкает ее, а первая пара размыкается.

Тумблеры обычно применяются в цепях низкой частоты и по­стоянного тока, где требуется быстрое включение-выключение или переключение цепей. Они могут работать при значительных токах (единицы ампер) и напряжениях (сотни вольт).

Однако многократное использование тумблеров в короткие про­межутки времени утомляет оператора, работающего с радиоаппа­ратурой. В этих случаях целесообразно применять клавишные пе­реключатели.

Галетные переключатели являются многополюсными, что позволяет одновременно осуществлять коммутацию несколь­ких функционально связанных цепей. Например, применение галетного переключателя для переключения диапазонов настройки радиоприемника дает возможность одновременно переключать кон­туры высокой частоты во входных и гетеродинных цепях.

Галетный переключатель (рис. 2.39, а) состоит из набора га­лет 1, соединенных между собой и с фиксаторным устройством металлическими втулками 2 и стягивающими шпильками 3. Каж­дая галета представляет собой шайбу неправильной формы, изго­товленную из гетинакса или керамики, на которой по периферии развальцовкой через каждые 30° укреплены двенадцать контакт­ных лепестков 5. В центре галеты находится вращающийся ротор 4, выполненный в виде изоляционного круга, на котором укреп­лено металлическое кольцо с выступом-ползуном. Вращение ро­тора осуществляется осью 11 (рис. 2.39, б), на одном конце кото­рой жестко закреплена металлическая планка 8, проходящая че­рез центры роторов всех галет, а на другом конце надета ручка, имеющая форму «клювика» или цилиндра с выступами для удоб­ства переключения.

Фиксаторное устройство является сборным, состоит из метал­лической пластины-основания 13 овальной формы с отверстия­ми, шара-фиксатора 9, упора-ограничителя 7 угла переключения, «звездочки» 12 и прижимной пружины 10. При переключении из одного положения в другое шар-фиксатор отжимается выступом «звездочки», позволяя ей повернуться на один выступ. «Звездоч­ка» жестко соединена с осью и планкой угла поворота. После перевода переключателя в соседнее поло­жение пружина вгоняет шар-фиксатор в углубление между выступами «звездоч­ки», ограничивая (фиксируя) движение поворотной оси. При следующем пере­ключении происходит аналогичная опе­рация фиксации. С одной стороны «звез­дочки» имеется прямоугольный выступ, который при определенном угле пово­рота упирается в упор-ограничитель. По­следний при сборке фиксаторного уст­ройства вставляется в одно из отверстий пластины-основания, которые разнесе­ны с угловым шагом 30°. В связи с этим ограничение угла может быть кратным этому значению.

Если ротор галеты выполнен в виде целого кольца с одним выступом-ползуном, то периферийные лепестки также имеют толь­ко один удлиненный лепесток (общий вывод). При этом осуще­ствляется переключение в одном направлении на одиннадцать по­ложений (переключатель 11П1Н).

Если роторное кольцо разрезано пополам и имеет два высту­па-ползуна, а шайба — два удлиненных лепестка, то переключа­тель имеет два направления переключения и соответственно пять положений (5П2Н) и т.д. Например, сдвоенный галетный пере­ключатель ПГ-2-14-4П6Н, выполненный в корпусе из АГ-4 дли­ной 40 мм и 011 мм, имеет четыре положения и шесть направле­ний переключения.

Галетные переключатели широко применяются в радиоаппарату­ре. Наиболее малогабаритными являются низкочастотный МПН-1 (рис. 2.40, а) и высокочастотный МПВ-1 (рис. 2.40, б) переключатели.

Реле

Реле, как и переключатели, предназначены для коммутации электрических цепей радиоустройств. Однако если в переключате­ле коммутация осуществляется механическим нажатием кнопок, клавишей, передвижением или поворотом ручек тумблера, галетного переключателя, то в реле одновременное размыкание (за­мыкание) контактных пар происходит под действием электри­ческого, магнитного или температурного полей.

По принципу работы реле подразделяются на электромагнит­ные, магнитоэлектрические, электродинамические, индукцион­ные и электротермические. Наибольшее распространение получи­ли электромагнитные реле.

В зависимости от вида коммутируемого тока различают реле постоянного и переменного токов.

Реле постоянного тока подраз­деляются на нейтральные и поля­ризованные. Нейтральное реле срабатывает только при на­личии постоянного тока в обмот­ке, а поляризованное реле, имеющее общий якорь и распо­ложенные по обе стороны от него контактные пластины, срабатыва­ет в ту или другую сторону в за­висимости от направления прохо­дящего тока в обмотке.

В состав электромагнитного реле входят, как правило, контак­тные пары, якорь, обмотка, сер­дечник и другие элементы для механической сборки.

По конструктивному оформлению различают реле поворотного (рис. 2.41), втяжного (рис. 2.42) и язычкового (рис. 2.43) типов.

В зависимости от мощности срабатывания и массы выпускают­ся реле в виде мощных контакторов с большими массой и габари­тами либо слаботочные малогабаритные реле для микроэлектрон­ной аппаратуры.

В зависимости от времени срабатывания реле разделяют на быстродействующие (не более 0,005 с), нормальные (от 0,015 с) и замед­ленные (более 0,015 с).

Основными параметрами реле являются токи (напряжения) сра­батывания и отпускания, время срабатывания и отпускания, мощ­ность срабатывания, срок службы, масса и габариты, эксплуата­ционные характеристики.

Ток (напряжение) срабатывания — минимально необходимое значение тока (напряжения), при котором тяговое усилие, разви­ваемое электромагнитом постоянного тока, будет больше суммы противодействующих сил, т.е. силы, развиваемой возвратной пру­жиной, а также сил деформации контактных пар и трения.

Ток (напряжение) отпускания — минимально необходимое зна­чение тока (напряжения), при котором тяговое усилие будет мень­ше суммы противодействующих сил.

Ток отпускания всегда меньше тока срабатывания. Объясняет­ся это тем, что в начале срабатывания реле величина зазора боль­шая, поэтому тяговая сила в этот момент меньше, чем в начале отпускания, и для ее увеличения необходим большой ток.

Время срабатывания (отпускания) — интервал времени с мо­мента подачи напряжения (тока) в обмотку реле до момента ком­мутации контактов.

Мощность срабатывания — мощность, потребляемая обмоткой реле при срабатывании.

Срок службы — число допустимых переключений контактов реле, при котором обеспечивается его надежность, заданная тех­ническими условиями.

Масса и габариты реле зависят от его мощности срабатывания, вида конструктивного оформления, числа контактных пар и экс­плуатационных характеристик.

При отсутствии в конструкции реле подвижных механических элементов его быстродействие и надежность повышаются. Такое реле называется герметизированным контактом, или герконом. Гер-кон имеет малое контактное сопротивление, высокую чувстви­тельность (малые токи срабатывания) и безыскровую коммута­цию контактов.

Наибольшее применение получили малогабаритные слаботоч­ные реле РЭС, а также мощные реле РДЧГ, РМУГ, PC. Реле РЭС-49 имеет прямоугольный корпус с размерами 5x10x15 мм и массой 3,5 г; РЭС-15 — цилиндрический корпус 011 мм, длиной 16 мм и массой 3,2 г, а мощное реле РМУГ имеет объем 110 см³ и массу 160 г.