المفاتيح الكهربائية - swithes
تعتبر المفاتيح الكهربائية أحد المكونات الإلكترونية الأساسية في الدوائر
الكهربائية و التي لا يتم الالتفات إليها
كثيراً.
لا تتطلب المفاتيح أي معادلات صعبة أو معقدة لتشغيلها بل كل ما يجب فعله هو
الاختيار ما بين فتح أو قفل الدائرة (أي جعلها دائرة مفتوحة أو دائرة قصر ), لكننا في الواقع لا يمكن أن نعيش بدون تلك
المفاتيح فبدونها تكون الدوائر الكهربائية مصمتة بدون قدرة للمستخدم على التحكم
فيها .
ما هو المفتاح الكهربائي؟
المفتاح الكهربائي يقوم بالتحكم في فتح أو إغلاق الدائرة الكهربائية, فهو
يسمح بالتحكم في سريان التيار الكهربائي خلال الدوائر (بدون الحاجة لأن تقوم
بتوصيل أو فك الأسلاك يدوياً), وتعد المفاتيح الكهربائية مكونات هامة في أي دائرة
كهربائية تتطلب تفاعل أو تحكم المستخدم , لا يمكن للمفتاح الكهربائي أن يتواجد إلا
على إحدى الحالتين: إما مفتوح أو مغلق , في حالة الإيقاف((off يكون المفتاح مثل فجوة في دارة
كهربائية (كأنه سلك مقطوع) و بالتالي تكون الدائرة مفتوحة (open circuit) مما يمنع سريان التيار الكهربائي خلالها.
أما في حالة التشغيل (on) يكون المفتاح الكهربائي مثل قطعة من السلك الموصل للكهرباء , وبالتالي تكون
الدائرة مغلقة وتصبح دائرة قصر (short circuit) وبالتالي يسمح بمرور التيار الكهربائي خلال
الدائرة بدون أي إعاقة إلى باقي النظام
وظيفة المفاتيح الكهربائية؟
تعمل المفاتيح
بشكل عام على توصيل أو فصل التيار المار إلى الدائرة المراد تغذيته عند الضغط
عليه، حيث يحتوي على نقاط تلامس بمدخل ومخرج أو أكثر.
طريقة التفعيل (actuation method)
لكي يتم التغيير من
حالة إلى أخرى لا بد أن يتم تفعيل المفتاح الكهربائي. يتم ذلك من خلال إجراء
فيزيائي لتغيير حالة المفتاح. طريقة التفعيل الخاصة بالمفتاح الكهربائي هي أحد أهم
السمات المُمَيِّزة له.
تفعيل المفاتيح الكهربائي
يمكن أن يتم من خلال الضغط أو الانزلاق أو التبديل أو التدوير أو السحب أو إدارة
مفتاح أو التسخين أو
المغنطة أو الجذب ….
أو أي فعل فيزيائي آخر يتسبب في توصيل أو فصل الروابط الميكانيكية الموجودة بداخل
المفتاح.
المفاتيح اللحظية (Momentary) والمفاتيح المستمرة (Maintained)
جميع المفاتيح الكهربائية
يتم تصنيفها إلى نوعين: لحظية أو مستمرة.
1. المفاتيح
المستمرة:
(مثل مفاتيح الإنارة الموجودة على حوائط منزلك)
تبقى على حالة واحدة حتى يتم تفعيلها لتغيير حالتها(أي الضغط عليها)، ثم تبقى على
الحالة الجديدة حتى يتم تفعيلها مرة أخرى(أي الضغط عليها مرة أخرى). هذه المفاتيح
يُطلق عليها أيضاً المفاتيح التقليدية (toggle switches)
أو مفاتيح ON/OFF.
أمثلة عن المفاتيح المستمرة :
·
المفتاح
الانزلاقي (Slide Switch):
هل تحتاج لمفتاح تشغيل
وإيقاف (ON/OFF) بسيط بدون أي إضافات؟ أفضل ما يناسبك هو
المفتاح الانزلاقي. هذه المفاتيح يوجد بها نتوء صغير يبرز من المفتاح وينزلق عبر
جسم المفتاح إلى أحد موضعي أو ربما أكثر من موضعين.
في الغالب تجد
المفاتيح الانزلاقية من نوعية SPDT أو DPDT. ويكون الطرف المشترك عادة في المنتصف
والموضعين الاختياريين على الطرف.
أمثلة على المفاتيح
الانزلاقية: مفتاح انزلاقي صغير يتم تثبيته عبر الثقوب، مفتاح انزلاقي سطحي قائم
الزاوية. مفتاح DPDT انزلاقي سطحي مثبت على لوح LilyPad.
·
المفتاح
التقليدي (Toggle Switch)
تحتوي المفاتيح
التقليدية على ذراع طويلة تتحرك حركة متأرجحة (rocking motion). عندما يتم تحريك الذراع إلى الموضع الجديد
تصدر صوتاً مميزاً يشبه الفرقعة.
مفتاح تقليدي ذو غطاء
(مثل المفاتيح المستخدمة في إطلاق الصواريخ).
عادة ما تكون المفاتيح
التقليدية من النوع SPST (ذات طرفين) أو من النوع SPDT (ثلاثة أطراف)، ويمكن أيضاً أن توجد بأنواع
أخرى تختلف في عدد نقاط التلامس والتحويلات. كذلك تكون هذه المفاتيح سطحية أو يتم
تثبيتها عبر الثقوب أو يتم تثبيتها على ألواح (وهذا هو الأكثر شيوعاً).
·
مفتاح
DIP (مفتاح الحزمة الخطية
الثنائية)
مفاتيح DIP هي مفاتيح يتم تثبيتها عبر الثقوب مصممة على
شكل دائرة متكاملة DIP. ويمكن أن يتم تثبيتها في ألواح التجارب
بنفس الطريقة التي يتم بها تثبيت الدوائر المتكاملة (ICs)
عن طريق تثبيتها على منطقة المنتصف.
مفتاح DIP ذو ثمانية مواضع، يُستخدم للتحكم في 8
أشياء.
هذه المفاتيح عادة ما
تأتي على شكل مصفوفة تحتوي على ثمانية مفاتيح أو أكثر من نوع SPST مع أذرع انزلاقية صغيرة. تم استخدام هذه
المفاتيح بشكل واسع في صناعة الحواسيب في الماضي، وما زالت مفيدة للتحكم في
الأجهزة بشكل مادي.
·
أزرار
الثبوت (Latching Buttons)
ليست جميع الأزرار
الضاغطة لحظية، فهناك بعض الأزرار الضاغطة تثبت في مكانها وتحافظ على حالتها حتى
يتم الضغط عليها مجدداً لتعود وتثبت في الموضع الجديد. هذه المفاتيح نراها على
سبيل المثال في الأجهزة الصوتية لعمل التأثيرات الصوتية المختلفة.
2. المفاتيح اللحظية:
فهي مفاتيح تكون نشطة بينما يتم تفعيلها
باستمرار(أي يتم الضغط عليها باستمرار ) (مثل جرس الباب الذي يرن أثناء الضغط عليه
فقط). بينما إذا لم يتم تفعيلها (أي عدم الضغط عليها) تبقى في وضع الإيقاف (off). يوجد أمامك الآن في لوحة مفاتيح الكمبيوتر
الكثير من تلك المفاتيح اللحظية.
· المفتاح
الضاغط (push button)
المفاتيح الضاغطة هي
النوع التقليدي من المفاتيح اللحظية. هذه المفاتيح يكون لها استجابة انضغاطية عند
الضغط عليها (أي تتحرك للداخل). تكون في حالة (on)عند الضغط
عليها باستمرار
وتكون في حالة (off)عند عدم الضغط عليها ولها العديد من الأشكال: كبيرة، صغيرة،
ملونة ، مضيئة (عندما يوجد ديود ضوئي بداخل الزر). هذه المفاتيح يمكن أن تكون
سطحية أو يتم تثبيتها عبر الثقوب أو على لوح.
·
مصفوفات
الأزرار (Button Matrices)
توجد مصفوفات كبيرة من
الأزرار اللحظية، مثل لوحة المفاتيح الخاصة بالحاسوب أو لوحة الأرقام المصغرة مثل
الموجودة في الآلات الحاسبة. في هذه الحالة يتم ترتيب المفاتيح في مصفوفة كبيرة،
وكل زر على اللوحة يكون له صف وعمود محددان. بعد ذلك تتم معالجة الضغطات التي تحدث
على تلك الأزرار من خلال متحكم دقيق (microcontroller).
هناك أنواع أخرى تطلب
الضغط بشكل جانبي، مثل طريقة التحكم في عصا التحكم (joystick).
عصا تحكم تستخدم أربعة
مفاتيح دقيقة (microswitches) لاستشعار الحركات لليمين واليسار وأعلى
وأسفل. المفتاح السطحي الصغير هو مفتاح SP5T اتجاهي
(يستشعر الحركات لأعلى وأسفل ولليسار واليمين بالإضافة لضغطه لأسفل).
هناك أيضاً المفتاح
المغناطيسي (reed switch) الذي ينفتح أو ينغلق عند تعريضه لمجال
مغناطيسي. وهذا ملائم جداً لعمل مفاتيح تعمل بدون لمس.
زوج من المفاتيح
المغناطيسية: أحدهما غير معزول (بالأسفل)، والآخر معزول.
توضيح: معظم المفاتيح
التي نشير إليها باللفظ “أزرار (buttons)”
هي من النوع اللحظي. تفعيل أي زر يتطلب غالباً أن يتم الضغط عليه باستمرار، أي يتم
التحكم فيه بشكل لحظي. هناك أيضاً أزرار مستمرة (maintained buttons)، ولكن في هذا المقال عندما نتحدث عن
الأزرار فنحن نعني بذلك المفاتيح الضاغطة اللحظية.
أنواع نقاط
المفاتيح الكهربائية:
لا بد أن يحتوي
المفتاح على طرفين على الأقل، أحدهما لكي يسري التيار بداخله والآخر لكي يخرج منه.
لكن هذا يعبر عن أبسط أنواع المفاتيح. في أغلب الأحيان يحتوي المفتاح على أكثر من
منفذين، ولكن كيف تتوافق هذه الأطراف مع طريقة العمل الداخلية للمفاتيح؟ هنا تأتي
أهمية معرفة عدد نقاط التلامس والتحويلات الموجودة بالمفتاح.
عدد نقاط التلامس في
المفتاح يحدد عدد الدوائر المنفصلة التي يمكن أن يتحكم بها المفتاح. فالمفتاح الذي
يحتوي على نقطة تلامس واحدة يمكن أن يؤثر على دائرة واحدة، بينما المفتاح الذي
يحتوي على أربع نقاط تلامس يمكن أن يتحكم في أربعة دوائر مختلفة بشكل منفرد.
أما عدد تحويلات
المفتاح فيحدد عدد المواضع التي يمكن توصيل كل نقطة من نقاط تلامس المفتاح بها.
على سبيل المثال، في المفتاح الذي يحتوي على تحويلتين يمكن توصيل كل نقطة تلامس
بأحد طرفين اثنين.
يمكن تصنيف المفاتيح
بمزيد من الدقة بمعرفة عدد نقاط التلامس والتحويلات التي تحتوي عليها. ستقابل
باستمرار أثناء عملك في مجال الإلكترونيات مفاتيح تحتوي على “نقطة تلامس واحدة
وتحويلة واحدة (single-pole,
single-throw)” ، “نقطة
تلامس واحدة وتحويلتين (single-pole,
double-throw)” ، “نقطتي
تلامس وتحويلتين (double-pole,
double-throw)” ، والتي
غالباً ما يتم اختصارها إلى SPST، SPDT، DPDT على الترتيب.
·
مفتاح
يحتوي على نقطة تلامس واحدة وتحويلة واحدة (SPST)
هذا النوع هو أبسط
أنواع المفاتيح عموماً، فهو يحتوي على منفذ دخل (input)
واحد ومنفذ خرج (output) واحد. هذا المفتاح إما أن يكون مغلق أو
مفصول بشكل كامل. وهو مناسب جداً للتطبيقات التي تطلب إحدى الحالتين on-off فقط,، كما أنه أحد أكثر المفاتيح المستمرة
شيوعاً، ولا يتم توصيله سوى بطرفين فقط.
·
مفتاح
يحتوي على نقطة تلامس واحدة وتحويلتين (SPDT)
يعد مفتاح SPDT أحد أنواع المفاتيح الشائعة الأخرى. هذا
المفتاح يحتوي على ثلاثة أطراف: منفذ مشترك ومنفذين آخرين يتبادلان التوصيل مع
المنفذ المشترك. مفتاح SPDT مناسب للغاية للاختيار من بين مصدري طاقة أو
مدخلات تبادلية أو أي تطبيق آخر يتطلب توصيل دائرة واحدة من بين دائرتين اثنين.
أبسط المفاتيح الانزلاقية هي من النوع SPDT. وتحتوي
مفاتيح SPDT غالباً على ثلاثة أطراف. (ملحوظة: يمكن
تحويل مفتاح SPDT إلى مفتاح SPST
من خلال ترك أحد تحويلات المفتاح غير موصل).
رمز مفتاح SPDT في الدوائر الكهربية، ومفتاح SPDT انزلاقي
·
مفتاح
يحتوي على نقطتي تلامس وتحويلتين (DPDT)
بإضافة نقطة تلامس إلى
مفتاح SPDT ينتج لدينا مفتاح كهربائي يحتوي على نقطتي
تلامس وتحويلتين (DPDT). هذا المفاتح يعادل مفتاحين SPDT، أي يمكنه التحكم في دائرتين كهربيتين، ولكن
لا بد أن يتم تشغيلهما أو إيقافهما معاً. وتحتوي مفاتيح DPDT
على ستة أطراف.
·
مفتاح
يحتوي على أي عدد من نقاط التلامس أو التحويلات (XPXT)
المفاتيح التي تحتوي
على أكثر من نقطتي تلامس أو تحويلتين ليست شائعة الاستخدام، ولكنها موجودة (تتميز
بشكلها الغريب وصعوبة توصيلها). عندما يحتوي المفتاح على أكثر من نقطتي تلامس أو
تحويلتين نقوم بكتابة عدد نقاط التلامس مكان (x)
وعدد التحويلات مكان (y) في الاختصار (XPXT).
الشكل التالي يوضح مفتاح 4PDT (يحتوي على أربع نقاط تلامس وتحويلتين) يمكن
من خلاله التحكم في أربع دوائر مختلفة مع وجود موضعين متاحين لكل دائرة.
خطوات فحص مفاتيح الدوائر الإلكترونية
- وضع المجس الأحمر في المنفذ الخاص بالأوم، والمجس الأسود في المنفذ المشترك (COM).
- تشغيل جهاز الملتميتر.
- ضبط مفتاح التدريج على رمز الأوم، واختيار رمز الموصلية بالضغط على زر التبديل أن وجد.
- وضع المجس الأحمر على طرف من أطراف المفتاح، والمجس الأسود على طرف المفتاح الآخر، وثم نلاحظ أنه:
- إذا حدث طنين فإن ذلك يدل على أن المفتاح في حالة توصيل.
- إذا لم يحدث طنين فإن ذلك يدل على في حالة فصل.
لا تنسوا دعمنا بتعليق.. والاشتراك بصفحاتنا على مواقع التواصل الاجتماعي..
اذا كان لديكم أي استفسار يرجى الاتصال بنا.
شارك المقال لتعمّ الفائدة💙
تعليقات
إرسال تعليق
إذا استفدت من المقالة ادعمنا بتعليق..
إذا لم تستفِد اتصل بنا لمساعدتك..
إذا كان لديك أي سؤال أكتبه بتعليق..