ממסרי אותות - הבנת היסודות

ממסרים הם התקנים אלקטרוניים מועילים ונפוצים, הקיימים מאז 1835. למרות גילם, הם ממשיכים למלא תפקיד חשוב בתעשיות שונות. הם מאפשרים בקרה מרחוק על מעגל מרוחק, ההופכת אותם לשימושיים ביישומים רבים. אפילו מחשבים מוקדמים נבנו באמצעות מספר רב של ממסרים עבור פונקציות לוגיקה בוליאנית. תת-קטגוריה מרכזית אחת של ממסרים היא ממסרי אותות, שלהם שימושים ספציפיים וממלאים לעיתים תפקיד חשוב בתקשורת. מאמר זה מעניק מבוא לממסרי אותות, כולל מה הם, ההבדלים ביניהם בהשוואה לממסרים אחרים, קריטריונים עיקריים לבחירה ועוד.

יסודות ממסרי אותות

ממסרי אותות הם למעשה מתגים אלקטרומכניים המופעלים באמצעות חשמל ומבקרים את זרימת הזרם במעגל. הם פועלים על ידי שימוש בכוח מגנטי, המופק על ידי זרם בקרה הזורם דרך סליל ליד המגעים, כדי להעביר חלקים נעים פנימיים או מגעים בין מצב פתוח לסגור. זה מאפשר לאות חלש לבקר אות חזק יותר. הם דומים לממסרי הספק, אך מתוכננים לטפל במתח וזרם נמוכים, בדרך כלל מתחת ל-2 אמפר, ולמתג אותות הספק נמוך עם דירוגי מתח שהם בדרך כלל בין _DC‏V‏ 5‏ עד _DC‏V‏ 30‏. בשל כך הם מוכרים גם בתור "ממסרי אותות חלשים".

כפי שהוזכר לעיל, ממסרי אותות הם סוג של ממסר אלקטרומכני המתאים ביותר עבור יישומי מתח וזרם נמוך, עם מגעים שתוכננו במיוחד עבור הספק נמוך. בעוד שממסרי הספק, היכולים להתמודד עם זרם ומתח גבוהים יותר, עשויים להיות חסכוניים יותר עבור יישומים מסוימים, הם גם עלולים לפגוע באותות בהספק נמוך במעגלי אודיו או וידאו, מה שהופך את ממסרי האותות לבחירה מתאימה יותר. ממסרי אותות מגיעים במארזים קטנים, והם מושלמים עבור הרכבה על לוח ומציעים זמני מיתוג מהירים יותר. הם בדרך כלל פחות יקרים לעומת ממסרי מצב-מוצק ואינם מושפעים מטרנזיינטי מתח או זרם, או רגישים ל-EMI/RFI. הודות להספק הנמוך שלהם, הם גם מייצרים פחות חום לעומת ממסרי מצב-מוצק, ולכן, בדרך כלל, אינם דורשים פתרונות ניהול תרמי במעגל.

איור 1: השוואה בסיסית בין ממסרים ברמה נמוכה ורמה גבוהה. (מקור התמונה: Same Sky)

יתרונות ממסרי אותות

ממסרי אותות, כמו ממסרים אלקטרומכניים אחרים, מציעים מגוון יתרונות בפרויקטים, כולל:

• פשטות בתכנון
• בידוד חשמלי
• פעולה חסונה
• חיסכון בעלויות בחיווט למרחקים ארוכים
• מספר אפשרויות מארזים ומאפיינים
• חסינות ל-EMI/RFI

בתיאום נכון לדרישות ההספק של המעגל, ממסרי האותות מעניקים גם יתרונות נוספים כגון:

• קלות תפעול
• גודל קטן
• עלות סבירה
• חסינות לזעזועים מכניים
• בידוד גבוה בין הסליל והמגעים הפנימיים

מפרטים עיקריים ובחירת ממסרי אותות

כאשר בוחרים דגם ממסר אות עבור התכן, ישנם מספר גורמים שיש לקחת בחשבון, כולל:

• דירוג המתח: המתח המקסימלי שהממסר יכול למתג, נמדד בדרך כלל ב-_DC‏V‏ או _AC‏V‏.
• דירוג הזרם: הזרם המקסימלי שהממסר יכול למתג, נמדד באמפר.
• התנגדות המגעים: ההתנגדות, הנמדדת באוהם, מתווספת למעגל העומס.
• מתח הסליל: מתח הבקרה הנומינלי עבור סליל הממסר.
• זרם הסליל: הזרם הנומינלי שהסליל מעביר עם מתח הסליל הנומינלי.
• צורת המגעים: תצורת מתג הממסר (מספר הקטבים ותצורה פתוחה בדרך כלל או סגורה בדרך כלל). לדוגמה, SPDT‏ (‎1 Form C‏) ו-DPDT‏ (‎2 Form C‏).
• דירוג המגעים: ערכי המתח והזרם עבור ביצועי ממסר מובטחים. כדוגמה, זה מתבטא בדרך כלל כ-A‏ 1‏ ב-_DC‏V‏ 30‏.
• זמני מיתוג: מהירות הפעולה של הממסר מרגע הפעלת זרם הבקרה ועד לסגירת המגעים, או להיפך.
• סוג ההרכבה: שיטת ההרכבה של היישום. זה בדרך כלל חור-עובר או הרכבה-משטחית על לוח מעגלים מודפסים.
• חוזק דיאלקטרי: המתח המקסימלי שממסר יכול לשאת ללא נזק למשך זמן מוגדר.
• טמפרטורת הפעולה: תחום הטמפרטורות הנקוב שבו ממסר יכול לפעול בבטחה ובהצלחה ללא דגרדציה.

תוך מחשבה על הרשימה לעיל, המהנדסים יכולים להתחיל בתהליך בחירת ממסר אותות עבור הפרויקט שלהם. תחילה יש לקבוע את דירוגי המתח והזרם הנדרשים בהתאם לעומס המיתוג המקסימלי של המעגל. חשוב לזכור שממסרי אותות ממתגים בדרך כלל A‏ 2‏ או פחות.

לאחר מכן יש להגדיר את מתח הבקרה והסוג הנדרשים, AC או DC, ולציין את מספר הקטבים/מעגלים שיש למתג. כמו כן, האם המעגל/סידור המיתוג צריך להיות פתוח במצב רגיל (NO) או סגור במצב רגיל (NC)?

לבסוף, יש לשקול את שיטת הרכבת ההתקן במעגל, כגון הרכבה על לוח, מסילת DIN, הרכבה משטחית או חור-עובר. על ידי קביעת הפרמטרים הספציפיים הנדרשים, ניתן לזהות ממסר העונה על צורכי המערכת ללא מפרט-יתר.

איור 2: השלבים הכלליים בבחירת ממסר אותות. (מקור תמונה: Same Sky)

יישומי ממסרי אותות

ממסרי אותות, בשל יכולות מיתוג ההספק הנמוך שלהם, מומשו בתוך מגוון רחב של יישומים, מסחריים ולצרכנים כאחד. הם מספקים פתרון יעיל עבור התקני רשת הדורשים אותות למרחקים ארוכים עם מתח וזרם גבוהים ממה שרוב האלקטרוניקה יכולה להתמודד. ממסרי אותות שימושיים גם ביישומי היענות מהירה שאינם דורשים הספק גבוה כמו ממסר הספק. בנוסף, במסגרות יומיומיות כמו בתים ומשרדים, תרמוסטט פועל במתח ובזרם נמוכים אך צריך לשלוח אותות לתנור או ליחידת מיזוג האוויר (AC). ממסרי אותות יכולים לקחת את אות הבקרה החלש בהספק נמוך ולהשתמש בו כדי להעביר את ההודעה ליחידת החימום או מיזוג-האוויר, ולאפשר להם לנקוט בפעולה המתאימה.

סיכום

ככל שהמערכות האלקטרוניות מתקדמות יותר ויותר, לעתים עולה הצורך בבידוד חשמלי מוחלט בין אותות המיתוג לבין האותות הממותגים. ממסרי אותות מספקים פתרון לבקרה בטוחה של הזרם והמתח מרחוק.

התקנים אלה נפוצים במגוון של מוצרים ומערכות לצרכנים ולתעשייה עבור מיתוג הספק בסוגים שונים של מעגלים. לאחר קביעת דרישות התכן, Same Sky מציעה מגוון של ממסרי אותות כדי לענות על צורכי המהנדסים במיתוג זרם ברמה נמוכה.