สิ่งที่ควรทราบเกี่ยวกับสวิตช์

สวิตช์เป็นส่วนสำคัญในชีวิตประจำวันของเรา มีทั้งความหลากหลายและการใช้งานอย่างแพร่หลาย มีรูปแบบนับไม่ถ้วน ตั้งแต่ปุ่มเล็กๆ ไปจนถึงการควบคุมขนาดใหญ่ และครอบคลุมฟังก์ชันการใช้งานต่างๆ มากมาย ซึ่งความหลากหลายนี้มาจากปัจจัยต่างๆ เช่น การทำงานทางกลหรือไฟฟ้า และการควบคุมด้วยตนเองหรืออิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมักจะขึ้นอยู่กับความชอบส่วนตัวในด้านความสวยงามและการเชื่อมโยงกับผู้ใช้งาน

ในขณะที่สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีรากฐานมาจากเทคโนโลยี เช่น BJT, MOSFET, IGBT และการออกแบบเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ กำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นเนื่องจากต้นทุนที่ลดลงและคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้น โดยสวิตช์ที่ทำงานเชิงกลยังคงเป็นโซลูชันสวิตช์ที่เลือกใช้ บทความนี้จะเจาะลึกเกี่ยวกับพื้นฐานของสวิตช์ โดยเน้นไปที่โมเดลที่ดำเนินการทางกายภาพและที่สั่งงาน เพื่อทำความเข้าใจว่าสวิตช์ทั้งสองนั้นเชื่อมโยงขอบเขตของรูปแบบและฟังก์ชันอย่างไร

ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับสวิตช์

จุดเริ่มต้นในการเลือกสวิตช์ใดๆ จำเป็นต้องเข้าใจแนวคิดเรื่องขั้ว (Poles) และทาง (Throws) พูดง่ายๆ ก็คือ ขั้วแสดงถึงจำนวนวงจรที่สวิตช์ตัวเดียวสามารถควบคุมได้ ในขณะที่ทางหมายถึงจำนวนหน้าสัมผัสที่สวิตช์สามารถเลือกได้ แนวคิดนี้เข้าใจได้เป็นอย่างดีผ่านการแสดงภาพที่ตรงไปตรงมา

รูปที่ 1: แผนภาพสวิตช์ SPST (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

ในกรณีของสวิตช์ที่มีเพียงขั้วเดียวและทางเดียว ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่า SPST สวิตช์จะให้การควบคุมวงจรเดี่ยว โดยสวิตช์สามารถเปิดและปิดหน้าสัมผัสเดียวได้อย่างง่ายดาย ทีนี้ลองเปรียบเทียบสิ่งนี้กับสวิตช์ที่มีขั้วเดียว แต่มีรูปแบบสองทางที่เรียกว่า SPDT

รูปที่ 2: แผนภาพสวิตช์ SPDT (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

ภายในสวิตช์ SPDT ยังคงมีวงจรเดี่ยวอยู่ภายใต้การควบคุม แต่สวิตช์สามารถเปลี่ยนระหว่างหน้าสัมผัสที่แตกต่างกันสองตัวได้ ในขอบเขตของ SPDT สวิตช์ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการเปิดและปิดวงจรเท่านั้น แต่อยู่ที่การเปลี่ยนเส้นทางของวงจรเอง

รูปที่ 3: แผนภาพสวิตช์ DPDT (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

เมื่อพูดถึงสวิตช์สองขั้วแบบสองทาง (DPDT) สวิตช์ตัวเดียวจะควบคุมสองวงจร และสวิตช์แต่ละตัวภายในสวิตช์จะนำทางระหว่างหน้าสัมผัสสองตัว แม้ว่า SPST, SPDT, DPST และ DPDT จะแสดงถึงการกำหนดค่าสวิตช์ที่แพร่หลายที่สุด แต่ก็ไม่มีข้อจำกัดทางทฤษฎีเกี่ยวกับจำนวนขั้วและทางที่สวิตช์อาจมี เมื่อมีขั้วหรือทางมากกว่าสอง ตัวเลขจะแทนที่ 'S' หรือ 'D' ตัวอย่างเช่น สวิตช์ที่มีสี่ขั้วและห้าทางอาจถูกระบุว่าเป็นสวิตช์ 4P5T โดยผู้ผลิต ในทำนองเดียวกัน สองขั้วที่มีหกทางสามารถแสดงเป็น DP6T

ข้อควรพิจารณาในการเลือกสวิตช์

ภายนอกขั้วและทาง มีข้อกำหนดจำเพาะของสวิตช์อื่นๆ หลายประการที่ต้องพิจารณาในระหว่างกระบวนการคัดเลือก รายการด้านล่างประกอบด้วยคุณลักษณะทั่วไปบางประการแต่ไม่ได้ครอบคลุมทั้งหมด

• ขนาด: ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สวิตช์มีหลายรูปทรงและขนาด ตั้งแต่สวิตช์ที่มีขนาดเล็กกว่าเมล็ดข้าวไปจนถึงสวิตช์ที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะยกเคลื่อนย้าย โดยทั่วไปขนาดจะลดลงตามการใช้งานที่ต้องการ ในทางอุตสาหกรรมที่มีสวมถุงมือหรือการเคลื่อนไหวแบบละเอียดเป็นเรื่องยากมักใช้สวิตช์ขนาดใหญ่ขึ้น ในขณะที่อุปกรณ์ฝังตัวขนาดกะทัดรัดมักจะมองหาสวิตช์ที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
• สถานะเริ่มต้น: สวิตช์ส่วนใหญ่ไม่มีสถานะที่กำหนดไว้ล่วงหน้า แต่มีสวิตช์ชั่วขณะซึ่งโดยปกติจะแสดงสภาวะที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ไม่ว่าจะเป็นแบบเปิดตามปกติ (NO) หรือปิดตามปกติ (NC)
• ตำแหน่ง: พารามิเตอร์นี้กำหนดปริมาณของสวิตช์ที่รวมอยู่ในหน่วยเดียว อาจมีบางกรณีที่แนวคิดนี้สลับกับ "ทาง" อย่างผิดพลาด แต่สิ่งสำคัญคือต้องรับรู้ว่าตำแหน่งนั้นหมายถึงสวิตช์แยกภายในยูนิตเดียวกัน ซึ่งแต่ละสวิตช์สามารถสั่งงานได้อย่างอิสระ
• การติดตั้ง: เช่นเดียวกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ สวิตช์มีรูปแบบการติดตั้งที่หลากหลาย รูปแบบการติดตั้งบนพื้นผิวและรูทะลุมักจะเกี่ยวข้องกับสวิตช์ขนาดเล็กบน PCB ในขณะที่สวิตช์ยึดแผงและสวิตช์ติดตั้งราง DIN มักจะมีขนาดใหญ่กว่า ข้อควรพิจารณาที่สำคัญในการตั้งค่าทั้งแบบยึดบนพื้นผิวและรูทะลุคือพารามิเตอร์ที่เรียกว่า "ระยะพิทช์" ซึ่งบ่งบอกถึงระยะห่างของสายไฟ โดยสวิตช์รูทะลุ ระยะพิทช์มีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากระยะพิทช์ที่เหมาะสมช่วยให้สามารถใช้งานร่วมกับบอร์ดทดลองได้

รูปที่ 4: การใช้สวิตช์ผ่านรูบนบอร์ดทดลอง (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

• การกระตุ้น: นอกเหนือจากการแยกความแตกต่างระหว่างการสั่งงานแบบแมนนวลและแบบอิเล็กทรอนิกส์แล้ว สวิตช์ยังมีวิธีการสั่งงานที่หลากหลายอีกด้วย ซึ่งอาจรวมถึงการสั่งงานด้วยมือหรือใช้ไขควงหรือเครื่องมือขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดคือการเลือกระหว่างการสั่งงานแบบยกหรือแบบระนาบ
• พิกัดกระแสและแรงดัน: สวิตช์แสดงสเปกตรัมแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่หลากหลายตั้งแต่ไม่กี่โวลต์และไม่กี่แอมป์ไปจนถึงหลายร้อยหรือหลายพัน ซึ่งจำเป็นต้องตรวจสอบเสมอว่าสวิตช์สามารถรองรับทั้งพิกัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าของการใช้งานที่ต้องการ
• ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม: โดยทั่วไปหมายถึงการป้องกันน้ำและฝุ่นหรือระดับ IP ที่ใช้เพื่อระบุระดับการป้องกันฝุ่นและของเหลวของสวิตช์ อย่างไรก็ตาม สวิตช์บางตัวอาจมีความไวต่อการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นหรือมีคุณสมบัติทนทานต่อแรงกระแทก

ประเภทของสวิตช์เชิงกล

ประเภทสวิตช์ต่อไปนี้ทำงานและสั่งงานด้วยกลไก และมักพบได้เฉพาะในระบบขนาดเล็ก แบบพกพา หรือแบบฝังเท่านั้น

• สวิตช์ DIP: มีให้เลือกทั้งแบบรูเจาะหรือแบบยึดพื้นผิว โดยทั่วไปสวิตช์ DIP จะเป็นกลุ่มของสวิตช์ SPST ซึ่งเข้ากันได้ดีกับบอร์ดทดลองและในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ทำให้สามารถเลือกแบบกึ่งถาวรได้ โดยมาในรูปแบบเปียโน สไลด์ และแบบหมุนที่ใช้สำหรับการตั้งค่าตัวเลือกในอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานทางอุตสาหกรรมและชุดพัฒนา สวิตช์ DIP มีตัวเลือกมากกว่าจัมเปอร์และใช้งานง่าย แต่ไม่ใช่สำหรับการปรับเปลี่ยนบ่อยๆ

รูปที่ 5: ตัวอย่างสวิตช์ DIP (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

• สวิตช์ DIP แบบหมุน: เนื่องจากเป็นสวิตช์ย่อยของสวิตช์ DIP สวิตช์เหล่านี้จึงมีรูปแบบหมุน สำหรับการเลือกตัวเลือกแบบแยก (ปกติ 4 ถึง 16 ตำแหน่ง) และมีปุ่มแบนหรือปุ่มยกขึ้น เช่นเดียวกับสวิตช์ DIP แนวระนาบ มีให้เลือกทั้งแบบรูทะลุหรือแบบยึดบนพื้นผิว อย่างไรก็ตามก็มีความแตกต่างกับสวิตช์ DIP แนวระนาบ ตรงที่สามารถส่งออกเป็น BCD หรือฐานสิบหกได้ แม้ว่าจะมีขนาดกะทัดรัดและใช้งานง่าย แต่ก็มีเอาต์พุตเดี่ยวและไม่ได้มีไว้สำหรับการใช้งานต่อเนื่อง

รูปที่ 6: ตัวอย่างสวิตช์ DIP แบบหมุน (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

• สวิตช์เลื่อน: ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นสวิตช์ไฟ สวิตช์เลื่อน ควบคุมโดยการเลื่อนตัวควบคุม โดยทั่วไปจะเป็น SPST และสามารถรองรับการใช้งานที่มีความถี่ได้ แต่สวิตช์บางตัวจะมีหลายขั้วหรือหลายทาง ซึ่งอาจทำให้การวางตำแหน่งที่แม่นยำนั้นท้าทาย แม้ว่าจะมีความจุสูงกว่าสวิตช์ DIP แต่ยังคงมีพลังงานต่ำ และโดยทั่วไปจะติดตั้งบนพื้นผิวหรือผ่านรูบน PCB ในบางครั้ง สวิตช์ดังกล่าวทำหน้าที่เป็นสวิตช์ DIP ที่เข้าถึงได้ง่ายมากขึ้นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แม้ว่าการสร้างสมดุลระหว่างความสะดวกในการใช้งานกับการหลีกเลี่ยงการสั่งงานโดยไม่ตั้งใจอาจเป็นเรื่องท้าทายก็ตาม

รูปที่ 7: ตัวอย่างสวิตช์เลื่อน (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

• สวิตช์สัมผัส: เป็นที่รู้จักจากการกดคลิกที่ชัดเจน ซึ่งสวิตช์สัมผัสเป็นปุ่มชั่วขณะขนาดเล็กที่ออกแบบมาสำหรับสัญญาณแรงดันต่ำ กระแสต่ำ สวิตช์ดังกล่าวชดเชยความสามารถทางอิเล็กทรอนิกส์เพียงเล็กน้อยด้วยความทนทาน โดยมีวงจรชีวิตที่ยาวนานนับแสนหรือหลายสิบล้าน แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีขั้วเดี่ยว แต่ก็สามารถมีหลายทางและมีระดับ IP สูง การใช้งานอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เช่น ตัวควบคุมเกม รีโมทคอนโทรล ประตูโรงรถ และการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ ตอกย้ำความนิยมเนื่องจากขนาดที่เล็กและความทนทาน

รูปที่ 8: ตัวอย่างสวิตช์สัมผัส (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

• สวิตช์กระดก: สวิตช์กระดกจุดหมุนตรงกลางเพื่อสลับระหว่างสองตัวเลือก ซึ่งโดยปกติจะไม่เกิดสถานะชั่วขณะ โดยทั่วไปทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด/ปิดสำหรับวงจรไฟฟ้าแรงสูง โดยมีไฟ LED หรือหลอดไส้สำหรับแสดงสถานะสวิตช์ สามารถได้รับการจัดอันดับ IP สำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง อินเทอร์เฟซและการสั่งการที่ตรงไปตรงมาทำให้เป็นที่นิยมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แม้จะมีราคาสูงกว่าเล็กน้อยเนื่องจากขนาดและคุณสมบัติต่างๆ ในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรม จะใช้ร่วมกับสวิตช์แบบสลับและอาจมีฝาปิดเพื่อป้องกันการทำงานโดยไม่ตั้งใจ

รูปที่ 9: ตัวอย่างสวิตช์กระดก (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

• สวิตช์ปุ่มกด: สวิตช์ปุ่มกด ซึ่งมักเรียกว่าปุ่มหรือปุ่มกด มีลักษณะการสั่งงานเปิดปิดที่เรียบง่าย อาจเป็นแบบชั่วขณะ มีรูปร่างหลากหลาย และมักจะมีไฟ LED ไว้เพื่อให้แสงสว่างหรือแสดงสถานะของสวิตช์ โดยรองรับแรงดันและกระแสได้หลากหลาย โดยทั่วไปจะติดตั้งบน PCB หรือแผงควบคุม ความเป็นมิตรต่อผู้ใช้เหมาะสมกับพื้นที่สาธารณะที่มีผู้ใช้เป็นประจำ โดยปุ่มกดสามารถทำให้มีความทนทานได้ ด้วยซีรีย์ป้องกันการก่อกวนและระดับ IP สูง เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ลิฟต์หรือรถไฟใต้ดิน อย่างไรก็ตาม ขนาด ตัวเลือก LED และวัสดุอาจทำให้มีต้นทุนที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับสวิตช์ปุ่มกดรุ่นที่เรียบง่ายและเล็กกว่า

รูปที่ 10: ตัวอย่างสวิตช์ปุ่มกด (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

• สวิตช์คันโยก: สวิตช์คันโยกหรือแบบคันโยกขยาย ทำให้เหมาะสำหรับการสวมถุงมือหรือสถานการณ์ที่มีการควบคุมมอเตอร์ละเอียดจำกัด คันโยกที่โดดเด่นช่วยให้มองเห็นได้ชัดเจน ไม่ต้องใช้ LED เพิ่มเติม และต้องใช้แรงในการใช้งาน ทำให้มั่นใจได้ว่าจะสลับไปมาได้อย่างไม่ผิดเพี้ยน สลิตช์ประเภทนี้มาในรูปแบบขั้วและทางที่หลากหลาย แม้ว่าโดยทั่วไปจะไม่ค่อยได้นำมาใช้งานให้เป็นสวิตช์ชั่วขณะก็ตาม สวิตช์แบบคันโยกได้รับการยกย่องจากการทำงานที่ง่ายดาย การตอบสนองอย่างรวดเร็ว และการผสานรวมด้านความปลอดภัย ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมหรือทางวิทยาศาสตร์ เนื่องจากการใช้งานที่สำคัญในเครื่องบิน เครื่องมือควบคุม และอุปกรณ์ทางการแพทย์ จึงมีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงกว่า

รูปที่ 11: ตัวอย่างสวิตช์คันโยก (แหล่งที่มาภาพ: Same Sky)

สรุป

สวิตช์เป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่มีบทบาทสำคัญในระบบอิเล็กทรอนิกส์และระบบไฟฟ้า บทความนี้ได้กล่าวถึงภาพรวมที่ครอบคลุมเกี่ยวกับประเด็นสำคัญของสวิตช์ รวมถึงประเภท การทำงาน การใช้งาน และข้อควรพิจารณา ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคหรือทำงานในโครงการอุตสาหกรรมที่ซับซ้อน การเลือกสวิตช์ที่เหมาะสมสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานและความน่าเชื่อถือของระบบ โดย Same Sky มีโซลูชั่นสวิตช์มากมายที่พร้อมตอบสนองความต้องการการสวิตช์ที่หลากหลาย