開關詳述

開關在日常生活中不可或缺，不僅種類繁多且無所不在。開關的形式不勝枚舉；從小型按鈕，到龐大的控制裝置都有，而且有眾多功能。開關之所以款式豐富，與機械或電氣操作方式，以及手動或電子控制等多種因素有關，通常最後會取決於個人對美學和使用者介面的偏好。

電子開關採用 BJT、MOSFET、IGBT 等技術，以及其他半導體設計，目前因其成本降低和功能擴充的優勢，越來越受到重視；然而，機械操作式開關仍是開關解決方案的首選。本文將深入探討開關的基礎知識，並著重於實體操作型和致動型，以瞭解開關的外型與功能之間的關係。

開關基礎知識

無論選擇何種開關，第一步都需要掌握極數和擲數的概念。簡單地說，極數表示單一開關可以控制的電路數量，而擲數則表示可供開關選擇的觸點數量。透過直觀的視覺呈現方式，可以最有效地理解這一概念。

圖 1：SPST 開關示意圖。(圖片來源：Same Sky)

單極單擲開關 (稱為 SPST)，可以控制單一電路，開關能夠簡單地打開和關閉單一觸點。現在，讓我們將這種開關，與具有單極但有雙擲配置的開關 (稱為 SPDT) 進行比較。

圖 2：SPDT 開關示意圖。(圖片來源：Same Sky)

在 SPDT 開關中，仍然是可以控制單一電路，但該開關可以在兩個不同的觸點之間轉換。在 SPDT 產品中，開關的功能並不僅限於電路的開閉操作，而是在於電路本身的重新導向。

圖 3：DPDT 開關示意圖。(圖片來源：Same Sky)

至於雙極雙擲 (DPDT) 開關，單一開關可控制兩個電路，其中的每個開關會在兩個觸點之間切換。儘管 SPST、SPDT、DPST、DPDT 代表最常見的開關配置，但理論上，開關可能擁有的極數和擲數並沒有任何限制。當有兩個以上的極數或擲數時，將以數字來取代「S」或「D」。例如，提供四極和五擲的開關，製造商可能將其標示為 4P5T 開關。同樣地，雙極六擲可以標示為 DP6T。

選擇開關的考量

除了極數和擲數外，在選擇的過程中還須考慮其他幾種開關規格。以下列表包括一些較常見的特點，但並非詳盡無遺。

• 尺寸：如前所述，開關具有多種形狀和尺寸。開關尺寸可能小到比米粒還小，也可能大到無法用手移動。採用何種尺寸通常取決於預期應用。在工業環境中，通常會採用較大的開關，因為在此種環境中，工作人員經常會使用手套，因此很難進行細微的動作，而精巧型內嵌式元件通常需要儘可能小的開關。
• 預設狀態：大多數開關都沒有預先定義的狀態，但有些屬於瞬時開關，通常會顯示預先設定好的狀態，即常開 (NO) 或常閉 (NC)。
• 腳位數：這個參數決定了一個單獨單元內所納入的開關數量。在某些情況下，這一概念可能會與「擲數」錯誤地混為一談，但我們必須認識到，「腳位數」表示同一單元內的離散式開關，每個開關都能獨立致動。
• 安裝：與任何電子元件一樣，開關可提供多種安裝配置。表面黏著和通孔式安裝通常適用於 PCB 上較小的開關，而面板安裝式和 DIN 軌安裝式開關的尺寸則通常較大。表面黏著和通孔式安裝的一個關鍵考慮因素，是稱為「間距」的參數，它表示引線的分隔距離。就通孔式開關而言，間距特別重要，因為適當的間距將允許與試驗電路板一起使用。

圖 4：在試驗電路板上使用通孔式開關。(圖片來源：Same Sky)

• 致動：除了區分手動和電子致動外，開關還提供各種致動方法。其中可能包括手動致動，或使用小型螺絲起子或工具的致動。但是，最常見的是在凸起或扁平致動器間進行選擇。
• 電流與電壓額定值：開關具有廣泛的電壓和電流額定值，從幾伏和幾安培，到數百甚至數千都有。無論如何都要確認，開關是否能夠滿足預期應用所要求的電流和電壓額定值。
• 環境因素：通常是指侵入防護或 IP 防護等級，可用來指明開關對灰塵和液體的防護等級。但是，有些開關可能具有更高的振動靈敏度或防破壞特點。

機械開關的類型

以下提供的開關類型屬於機械操作型和致動型，通常 (但不完全是) 用於小型、可攜式或嵌入式系統中。

• DIP 開關：DIP 開關有通孔式或表面黏著式套件可供選擇，大多是一系列的 SPST 開關。這類開關適合用於試驗電路板和成品，可支援半永久性產品。提供琴鍵式、滑動式和旋轉式，用於元件的選項設定，特別是在工業應用和開發套件中。DIP 開關提供的選項比跳接器更多，使用者用起來相當方便，但不適合進行頻繁的調整。

圖 5：DIP 開關範例。(圖片來源：Same Sky)

• 旋轉式 DIP 開關：這種開關是 DIP 開關的子系列產品，在選擇離散式選項 (通常是 4 到 16 個腳位) 時，有旋轉形式可供選用，而且具備扁平或凸起旋鈕。與線性 DIP 開關一樣，這類開關也有通孔式或表面黏著式可供選用。但是，與線性 DIP 開關不同的是，此種產品能以 BCD 或十六進位格式輸出。尺寸雖然小巧，使用者易於使用，但只能提供單一輸出，不適合連續使用。

圖 6：旋轉式 DIP 開關範例。(圖片來源：Same Sky)

• 滑動式開關：滑動式開關一般被認為是電源開關，藉著滑動致動器操作。這類開關通常是 SPST 型，適用於頻繁使用的情況。雖然有些開關具有多極或多擲，但這會增加精確定位的難度。儘管蓄電量比 DIP 開關還高，但仍然是低功耗產品，而且通常是以表面黏著或通孔式，安裝在 PCB 上。有時候，在消費性電子產品中，這類開關會比 DIP 開關更容易接觸到，但若想兼顧易用性與避免意外觸發，可能會有些難度。

圖 7：滑動式開關範例。(圖片來源：Same Sky)

• 觸動開關：觸動開關的尺寸小，以其顯而易見的觸按功能著稱，瞬時按鈕則是專門針對低電壓、低電流的訊號而設計。這類產品耐用性高，可以彌補本身電子功能有限的缺點，使用壽命長達數十萬次甚至數千萬次。雖然通常是單極產品，但也具有多擲和高 IP 防護等級的特點。它們廣泛用於消費性電子產品，如遊戲控制器、遙控器、車庫門和各種工業應用。因為本身體積小且相當耐用，廣受使用者歡迎。

圖 8：觸動開關範例。(圖片來源：Same Sky)

• 翹板開關：翹板開關是介於兩種選項的中間，可在其間進行切換，通常不是瞬時開關。這種開關通常用作高壓電路的電源開關，有些還帶有 LED 燈或白熾燈泡照明，藉以顯示開關狀態。此類產品具備 IP 防護等級，適合用於嚴酷環境中。雖然因尺寸和功能的原因導致成本略高，但產品介面和致動方式簡單，在消費性電子產品中廣受歡迎。在工業環境中，此類產品可補強搖頭開關的不足，而且可能有護蓋，以防止意外致動。

圖 9：翹板開關範例。(圖片來源：Same Sky)

• 按鈕開關：按鈕開關通常稱為按鈕，具備簡易的進出致動特點。此類產品可以是瞬時開關，有各種形狀，而且通常內建 LED 燈，以提供照明或指示開關的狀態。可以處理廣泛的電壓和電流，通常安裝在 PCB 或面板上。由於使用方便，相當適合經常有人使用的公共區域。按鈕可以做得堅固耐用，具有防破壞系列和高 IP 防護等級，非常適合在電梯或地鐵等嚴酷環境下使用。然而，若與更簡單、更小型的按鈕開關型號相比，此類產品的尺寸、LED 選項和材料，可能導致成本更高。

圖 10：按鈕開關範例。(圖片來源：Same Sky)

• 搖頭開關：搖頭開關因其加長的控制桿而著稱，相當適合在佩戴手套或在馬達控制精細度有限的情況下使用。明顯可見的控制桿可提供清晰的視覺回饋效果，因而無需額外的 LED 燈，而且大幅的控制桿移動量，可確保切換無失誤。此類產品有各種極數和擲數，但較少配置成瞬時開關。搖頭開關因具有易於操作、快速回饋和安全整合等優點而備受推崇，非常適合工業或科學應用。由於這種開關乃是用於飛機、控制儀器和醫療設備等關鍵任務中，因此成本往往更高。

圖 11：搖頭開關範例。(圖片來源：Same Sky)

結論

開關屬於基礎元件，在電子與電氣系統中扮演著重要角色。本文全面概述開關的幾個主要層面，包括開關的類型、操作、應用和考量因素。無論是設計消費性電子元件，還是從事複雜的工業專案，選擇合適的開關都會對系統的功能和可靠性產生重大影響。Same Sky 提供豐富的開關解決方案，可隨時滿足各種開關需求。