יסודות מתגים טקטיליים

מתג טקטילי הוא סוג מוכר היטב של מתג חשמלי, אשר כמו מקבילו החשמלי, משלים או מנתק מעגל חשמלי באמצעות הפעלה ידנית. במקורם התחילו בתחילת שנות ה-80 כמתגים מודפסים על גבי ממברנה או רשת עבור מקלדות ולוחות מקשים, מתגים מסוג זה נתקלו בתחילה בהתנגדות בשל הביצועים הגרועים שלהם והיעדר משוב טקטילי. עם זאת, בסוף שנות ה-80 גרסאות עם כיפות מתכת ששולבו בתכן זכו לאימוץ נרחב יותר הודות למשוב המשופר שלהם, הפעלה חסונה וחיים ארוכים יותר. שינויים אלו העניקו לנו את המתגים הטקטיליים הנפוצים הנראים כיום במגוון רחב של יישומים מסחריים ולצרכנים.

כפי שצוין לעיל, גורם מבדל עיקרי של מתגים טקטיליים הוא שכאשר מופעל לחץ על המפעיל (Actuator), הוא מספק "קליק" או בליטה האפטית מורגשים בתגובה כדי לציין שהמתג הופעל בהצלחה. כהתקני הפעלה רגעיים, ברגע שהלחץ לא מופעל יותר על ידי המשתמש, המתג משתחרר, וזרימת הזרם מנותקת. למרות שהם נפוצים כהתקנים פתוחים-באופן-רגיל, מתגים טקטיליים זמינים גם כסגורים-באופן-רגיל שבהם הזרם מכובה כאשר המפעיל נלחץ, והוא מתחיל לזרום לאחר שחרורו.

איור 1‏: דוגמה של מתגים טקטיליים נפוצים (מקור התמונה: Same Sky)

טקטילי או לחצן?

שני סוגים של מתגים שלעתים גורמים לבלבול או שמשתמשים בשמותיהם כחלופיים הם מתגים טקטיליים ו- מתגי לחצן. בעוד שהם דומים בתכונותיהם ובתפקודם, מתגי לחצן פועלים על ידי לחיצה על מפעיל לאורך מהלך מוגדר כדי להתחיל את זרימת הזרם, ולעצירת זרימת הזרם על ידי לחיצה נוספת של אותו מפעיל. לעומת זאת, מתגים טקטיליים מתחילים/עוצרים את זרימת הזרם כאשר המפעיל נדחף ומוחזק עם תנועה מינימלית של המפעיל.

למרות שחלק ממתגי הלחצן יכולים לפעול כמתגי הפעלה רגעית, כל המתגים הטקטיליים הם רגעיים. מתגים טקטיליים מציעים לרוב גודלי מארזים קטנים יותר לעומת מתגי לחצן, ביחד עם דירוגי זרם ומתח נמוכים יותר באופן כללי. משוב האודיו או ההאפטי שלהם הוא גם גורם מבדל מרכזי בהשוואה למתגי לחצן, ולמרות שמתגי לחצן מציעים סגנונות הרכבה של פאנל או לוח PCB, מתגים טקטיליים מיועדים רק עבור הרכבה ישירה על לוח PCB. למידע נוסף על מתגי לחצן, קראו את הבלוג מתגי לחצן 101 של Same Sky.

מבנה ופעולה בסיסיים

תחום עיקרי אחד שמוביל לפשטות ולחוסן של מתג טקטילי בהשוואה למתגים מכניים אחרים הוא המספר המוגבל של הרכיבים הפנימיים שלו כדי להשיג את הפונקציה המיועדת עבורו. תכן מתג טקטילי טיפוסי כולל בדרך כלל סה"כ ארבעה חלקים המפורטים להלן:

1. כיסוי עליון: מגן על המנגנון הפנימי של המתג ויכול להיות מורכב ממתכת או מחומרים אחרים, בהתאם לפונקציה המיועדת. כיסויים יכולים גם להציע הדק הארקה כדי להגן על המתג מפני פריקה אלקטרו-סטטית.
2. בוכנה: יושבת מתחת לכיסוי ועל גבי כיפת המגע, הבוכנה היא הרכיב הנלחץ על ידי המשתמש כדי לכופף את הכיפה, ובכך להפעיל את המתג. בוכנות יכולות להיות שטוחות או מורמות.
3. כיפת מגע: רכיב זה עם צורת הקשת שלו מותאם עבור הבסיס ומסיט או הופך צורה כאשר הבוכנה באה לידי מגע אתו. תהליך כיפוף זה יוצר את הקליק הנשמע וההאפטי תוך חיבור שני מגעים קבועים בבסיס להשלמת המעגל. ברגע שהכוח מוסר, כיפת המגע חוזרת לצורתה המקורית ומנתקת את המעגל. החומר המשמש הן לכיפת המגע והן לבוכנה (מתכת, גומי וכו') יעזור לקבוע את התחושה הטקטילית ואת הקליק הנשמע של המתג.
4. בסיס שרף יצוק: החלק האחרון של המתג מכיל את ההדקים והמגעים לחיבור המתג ללוח ה-PCB.

איור 2: מבנה מתג טקטילי טיפוסי (מקור התמונה: Same Sky)

יתרונות ומפרטים עיקריים

בחירת המתג הטקטילי הנכון היא יותר מסתם הערכת המפרט בגיליון הנתונים של המוצר. מעבר למספר מאפיינים ויתרונות כלליים, כגון הפעלה רגעית, דירוגי הספק וזרם נמוכים יותר, חוסן עקב פחות חלקים נעים ועלות נמוכה יותר, התחושה הטקטילית המורגשת והקליק הנשמע של המתג יכולים להשפיע רבות על בחירת הרכיבים. זה יכול להיות מאפיין קשה לכימות מכיוון שהכוח הדרוש להפעלת המתג כמו גם המשוב ההאפטי שלו ישתנה בהתאם לשימוש ולפונקציה המיועדים. לדוגמה, מתג טקטילי המשמש ביישומי כלי-רכב עשוי להזדקק לכוח הפעלה רב יותר כדי למנוע הפעלות שלא במתכוון עקב רעידות, זאת בהשוואה למתג המשמש בסביבה ביתית או משרדית. לעתים הדרך הטובה ביותר לקבוע את המאפיינים הנכונים של מתג היא באמצעות אב טיפוס ובדיקה.

לאור כל הנאמר כאן, הנה כמה מפרטים עיקריים שעדיין יש לזכור בתהליך הבחירה:

• דירוג המתח: המתח המקסימלי שהמתג יכול לעמוד בו כשהוא פתוח או סגור.
• דירוג הזרם: הזרם המקסימלי באמפר שמתג יכול לשאת לפני שהוא ניזוק.
• כוח ההפעלה (או כוח הפעולה): הכוח או הלחץ (המבוטא בכוח גרם או gf) הדרוש כדי להזיז את המפעיל (Actuator) של המתג.
• הסטה (או מהלך המפעיל): המרחק הכולל שעובר המתג בזמן הלחיצה.
• כוח המגע: הכוח או הלחץ (מבוטא בגרמים) הנדרשים עבור המתג לחיבור ההדקים.
• גובה המפעיל: גובה המפעיל מעל גוף המתג. (ראו איור 3)
• תחום מחזור חיים: משך החיים הצפוי של מתג בתנאי פעולה רגילים.
• תחום הטמפרטורות: טמפרטורות הפעולה שבהן המתג יפעל בהתאם למפרט.
• סגנון ההרכבה: השיטה המשמשת להרכבת המתג על לוח ה-PCB, חור-עובר או הרכבה-משטחית.
• דירוג IP: תקן בינלאומי המסווג את דרגות ההגנה של מתג (או מוצר אחר) מפני חדירת אבק ונוזלים. ראו מתגים טקטיליים בדירוג IP67‏ מבית Same Sky.

איור 3: גבהים נפוצים של מפעילים של מתגים טקטיליים (מקור התמונה: Same Sky)

חיווט מתגים טקטיליים

מרבית המתגים הטקטיליים מכילים ארבעה פינים כדי לעזור לספק יציבות במהלך ההרכבה על לוח ה- PCB. ארבעת הפינים הללו מחוברים פנימית לתוך שני סטים. בעוד שמבחינה טכנית דרושים רק שניים מהמוליכים עבור החיווט, עדיף להשתמש בכל הפינים האפשריים. ישנם גם דגמי מתגים טקטיליים עם שני פינים בלבד וכן גרסאות עם 5 פינים המאפשרות בקרה דמויית-ג'ויסטיק במארז מינימלית ביותר.

איור 4‏: תצורה של מתגים טקטיליים נפוצים עם 4 פינים (מקור התמונה: Same Sky)

סיכום

הודות לגודלם הקטן, הגובה הנמוך והחיים הארוכים שלהם, המתגים הטקטיליים מתאימים לצרכים רבים במגוון של מוצרים תעשייתיים ולצרכנים, לרבות יישומים חדשים יותר בטכנולוגיה של התקנים לבישים ועוד. כאשר יש צורך בהפעלה רגעית בהספק נמוך, המתגים הטקטיליים יישארו פתרון מתג מומלץ עם יתרון נוסף של משוב טקטילי ושמיעתי. כדי לסייע בתהליך הבחירה, Same Sky מציעה שורה של מתגים טקטיליים הכוללים מארזים קומפקטיים, מגוון גבהים של מפעילים ומספר אפשרויות תצורה.