הדברים שעליכם לדעת אודות מתגים

מתגים הם חלק בלתי נפרד מחיי היומיום שלנו, ומופיעים הן במגוון רחב והן בתפוצה רחבה. הם מגיעים באינספור צורות, החל מלחצנים זעירים ועד פקדים מסיביים, וכוללים קשת רחבה של פונקציות. מגוון זה, המושפע מגורמים כמו פעולה מכנית או חשמלית ובקרה ידנית או אלקטרונית, יכול לרוב להסתכם בהעדפות אישיות באסתטיקה ובממשקי משתמש.

בעוד שמתגים אלקטרוניים, המושרשים בטכנולוגיות כמו BJT, MOSFET, IGBT ותכני מוליכים-למחצה אחרים, זוכים לתשומת לב מוגברת עקב הפחתה בעלויות והתרחבות המאפיינים, מתגים המופעלים מכנית הם עדיין פתרון המתגים המומלץ. מאמר זה יעמיק במושגי היסוד של מתגים, תוך התמקדות מיוחדת בדגמים המופעלים ומותנעים פיזית, כדי להבין כיצד הם מגשרים בין תחומי הצורה והתפקוד.

מושגי יסוד במתגים

נקודת המוצא לבחירת מתג מחייבת הבנה של המושגים קטבים (Poles) ודרכים (Throws). במילים פשוטות, קטבים מציינים את מספר המעגלים שעליהם מתג בודד יכול לשלוט, בעוד שדרכים מציינות את מספר המגעים שהמתג יכול לבחור מתוכם. רעיון זה מובן בצורה היעילה ביותר באמצעות ייצוגים חזותיים פשוטים.

איור 1: תרשים מתג SPST. (מקור התמונה: Same Sky)

במקרה של מתג המצויד בקוטב יחיד ובדרך יחידה בלבד, המכונה SPST, הוא מציע בקרה על מעגל בודד, כאשר המתג מסוגל פשוט לפתוח ולסגור מגע יחיד. נבחן זאת מול מתג בעל תצורת קוטב יחיד אך עם שתי דרכים, המכונה SPDT.

איור 2: תרשים מתג SPDT. (מקור התמונה: Same Sky)

בתוך מתג SPDT, עדיין יש מעגל בקרה בודד, אך המתג יכול להחליף בין שני מגעים שונים. בתחום ה-SPDT, המתג אינו מוגבל לפעולה פשוטה של פתיחה וסגירה של מעגל, אלא לשינוי כיוון של המעגל עצמו.

איור 3: תרשים מתג DPDT. (מקור התמונה: Same Sky)

כאשר מדובר במתג בעל שני קטבים ושתי דרכים (DPDT), מתג יחיד שולט על שני מעגלים, וכל מתג בתוכו מנווט בין שני מגעים. למרות ש-SPST‏, SPDT‏, DPST ו-DPDT מייצגים את תצורות המתגים הנפוצות ביותר, אין מגבלה תאורטית על מספר הקטבים והדרכים העשויים להיות למתג. כאשר יש יותר משני קטבים או דרכים, תוויות מספריות מחליפות את ה-'S' או ה-'D'. לדוגמה, במתג המציע ארבעה קטבים וחמש דרכים, היצרן עשוי לסמן אותו כמתג 4P5T‏. באופן דומה, שני קטבים עם שש דרכים עשוי להיות מיוצג כ-DP6T‏.

שיקולי בחירת מתגים

מלבד הקטבים והדרכים, ישנם מספר מפרטי מתגים נוספים שיש להביא בחשבון בתהליך הבחירה. הרשימה שלהלן כוללת כמה מהמאפיינים הנפוצים יותר, אך בשום פנים ואופן אינה מקיפה את כולם.

• גודל: כפי שצוין קודם לכן, מתגים מגיעים בצורות ובגדלים רבים. החל ממתגים הקטנים יותר מגרגר אורז ועד כאלו הגדולים מכדי להזיז אותם ביד, הגודל בדרך כלל ייקבע על ידי היישום המיועד. מערכים תעשייתיים מיישמים לרוב מתגים גדולים יותר כאשר יש צורך בשימוש בכפפות או כאשר קשה לבצע תנועה עדינה, בעוד שהתקנים קומפקטיים ומשובצים בדרך כלל מחפשים את המתג הקטן ביותר האפשרי.
• מצב ברירת מחדל: לרוב המתגים אין מצב מוגדר-מראש, אך ישנם מתגים רגעיים, אשר יש להם בדרך כלל מצב מוגדר-מראש, או פתוח-במצב-רגיל (NO) או סגור-במצב-רגיל (NC).
• מספר המתגים: פרמטר זה מכתיב את מספר המתגים המשולבים ביחידה בודדת. ייתכנו מקרים שבהם מושג זה מוחלף בטעות עם "דרכים", אך חיוני להכיר בכך שמספר המתגים מסמל מתגים נפרדים בתוך אותה יחידה, כשכל אחד מהם הוא בעל יכולת הפעלה עצמאית.
• הרכבה: כמו כל רכיב אלקטרוני, מתגים מציעים מגוון של תצורות הרכבה. סגנונות הרכבה משטחית וחור-עובר משויכים בדרך כלל למתגים קטנים יותר בלוחות מעגלים מודפסים, בעוד שמתגי הרכבה בלוח ומתגי הרכבה במסילת DIN נוטים להיות גדולים יותר. שיקול מרכזי הן במערכי הרכבה משטחית והן במערכי חור-עובר הוא הפרמטר המכונה "פסיעה", המציין את מרחק ההפרדה בין המוליכים. בהקשר של מתגי חור-עובר, יש חשיבות מיוחדת לפסיעה, שכן הפסיעה המתאימה מאפשרת שימוש בלוחות אב-טיפוס.

איור 4: שימוש במתג חור-עובר על לוח אב-טיפוס (Breadboard). (מקור התמונה: Same Sky)

• הפעלה: בנוסף להבחנה בין הפעלה ידנית לאלקטרונית, המתגים מציעים שיטות הפעלה שונות. זה יכול לכלול הפעלה ביד או שימוש במברגים או כלים קטנים. עם זאת, האפשרות הנפוצה ביותר תהיה בחירה בין מפלס מפעיל (Actuator) מוגבה או שטוח.
• ערכי זרם ומתח נומינליים: מתגים מציגים קשת רחבה של ערכי מתח וזרם נומינליים, החל מכמה וולט ואמפר ועד מאות או אפילו אלפים. הכרחי לוודא תמיד שהמתג יכול להתאים הן לערכי הזרם והן לערכי המתח הצפויים של היישום המיועד.
• גורמי סביבה: מאפיין זה מתייחס בדרך כלל להגנה מפני חדירה או דירוגי IP המשמשים לציון רמת ההגנה של המתגים מפני אבק ונוזלים. עם זאת, ייתכן שלמתגים מסוימים יש רגישות מוגברת לרעידות או מאפייני עמידות בפני השחתה.

סוגי מתגים מכניים

סוגי המתגים המופיעים להלן מופעלים ומותנעים באופן מכני, וניתן להיתקל בהם, אם כי לא באופן בלעדי, במערכות ניידות או משובצות קטנות יותר.

• מתגי DIP: מתגי DIP, הזמינים במארזי חור-עובר או הרכבה משטחית, הם לרוב מערך של מתגי SPST. הם משתלבים היטב בלוחות אב-טיפוס ובמוצרים מוגמרים, ומאפשרים בחירות חצי-קבועות. הם מגיעים בצורות של מתג פסנתר, החלקה וסיבובי ומשמשים להגדרת אפשרויות בהתקנים, במיוחד ביישומים תעשייתיים ובערכות פיתוח. מתגי DIP מציעים יותר אפשרויות מאשר מגשרים והם ידידותיים למשתמש, אך לא עבור התאמות תכופות.

איור 5: דוגמה למתג DIP. (מקור התמונה: Same Sky)

• מתגי DIP סיבוביים: בתור תת-קבוצה של מתגי DIP, למתגים אלה יש פורמט סיבובי עבור בחירת אפשרויות בדידות (בדרך כלל 4 עד 16 דרכים) והם מצוידים בכפתור שטוח או מוגבה. כמו מתגי DIP לינאריים, הם זמינים באפשרויות חור-עובר או הרכבה משטחית. עם זאת, בניגוד למתגי DIP לינאריים, היציאה שלהם יכולה להיות ב-BCD או ב-hex. בעוד שהם קומפקטיים וידידותיים למשתמש, הם בעלי יציאה יחידה ואינם מיועדים עבור שימוש רציף.

איור 6: דוגמה למתג DIP סיבובי. (מקור התמונה: Same Sky)

• מתגי החלקה: מתגי החלקה, המוכרים בדרך כלל כמתגי הספק, מופעלים על ידי הזזה הצידה של המפעיל (Actuator). הם בדרך כלל SPST ויכולים להתמודד עם שימוש תכוף. בעוד שלחלקם יש מספר קטבים או דרכים, הדבר יכול להפוך את המיקום המדויק שלהם למאתגר. למרות שיש להם יכולת גבוהה יותר ממתגי DIP, הם נשארים בהספק נמוך והם בדרך כלל מורכבים על לוחות מעגלים מודפסים בהרכבה משטחית או בחור-עובר. מדי פעם הם משמשים כמתגי DIP נגישים יותר באלקטרוניקה לצרכנים, אם כי האיזון בין קלות השימוש לבין הימנעות מהפעלה בשוגג יכול להוות אתגר.

איור 7: דוגמה למתג Slide. (מקור התמונה: Same Sky)

• מתגים טקטיליים: מתגים טקטיליים, המוכרים בקליק המורגש שלהם, הם לחצנים קטנים ורגעיים המתוכננים עבור אותות מתח נמוך וזרם נמוך. הם מפצים על היכולות האלקטרוניות הצנועות שלהם בחוסן, ומציעים מחזורי חיים ארוכים של מאות אלפים או אפילו עשרות מיליונים. בעוד שבדרך כלל הם קוטב יחיד, הם יכולים לכלול גם מספר דרכים כמו גם דירוגי IP גבוהים. השימוש הנרחב שלהם באלקטרוניקה לצרכנים, כגון שלטי משחקים, התקני שלט-רחוק, דלתות מוסכים ויישומים תעשייתיים שונים, מדגיש את הפופולריות שלהם בשל גודלם הקטן והעמידות שלהם.

איור 8: דוגמה למתג טקטילי. (מקור התמונה: Same Sky)

• מתגי נדנדה (Rocker): מתגי נדנדה נעים על ציר אמצעי כדי להחליף בין שתי אפשרויות, בדרך כלל לא רגעיות. הם משמשים בדרך כלל כמתגי הספקת-כוח למעגלי מתח גבוה עם תאורת LED או נורת ליבון המציגה את מצב המתג. הם יכולים לקבל דירוג IP עבור תנאי סביבה קשים. הממשק וההפעלה הפשוטים שלהם הופכים אותם לפופולריים באלקטרוניקה לצרכנים, על אף העלות המעט גבוהה יותר בשל הגודל והמאפיינים שלהם. במסגרות תעשייתיות, הם משלימים את מתגי ה-Toggle ועשויים להיות להם כיסויים למניעת הפעלה שלא במתכוון.

איור 9: דוגמה למתג נדנדה (Rocker). (מקור התמונה: Same Sky)

• מתגי לחצן: מתגי לחצן , הנקראים לעתים קרובות כפתורים או לחצנים, מתאפיינים בהפעלה פשוטה פנימה-והחוצה. הם יכולים להיות רגעיים, להגיע בצורות שונות, ולעתים קרובות משולבות בהם נורות LED להארה או לציון מצב המתג. הם מטפלים במגוון רחב של מתחים וזרמים, ומורכבים בדרך כלל על מעגלים מודפסים או לוחות. היותם ידידותיים-למשתמש מתאימה לאזורים ציבוריים עם משתמשים קבועים. ניתן לייצר מתגי לחצן עמידים, עם סדרות נגד השחתה ודירוגי IP גבוהים, אידאליים עבור תנאי סביבה קשים כמו מעליות או רכבות תחתיות. עם זאת, הגודל, אפשרויות נורות ה-LED והחומרים שלהם יכולים להוביל לעלויות גבוהות יותר בהשוואה לדגמי מתגי לחצן פשוטים וקטנים יותר.

איור 10: דוגמה למתג לחצן. (מקור התמונה: Same Sky)

• מתגי Toggle: מתגי Toggle מזוהים בידית המוארכת שלהם, ההופכת אותם מתאימים כשעוטים כפפות או במצבים עם שליטה מוגבלת במוטוריקה עדינה. הידית הבולטת מציעה משוב חזותי ברור ומבטלת את הצורך בנורות LED נוספות, והתנועות הגדולות שלה מבטיחות החלפת דרכים שאין לטעות בה. הם מגיעים עם מספר קטבים ודרכים שונים, אם כי הם פחות נפוצים בתצורת מתגים רגעיים. מתגי Toggle מוערכים בזכות ההפעלה הקלה, המשוב המהיר ושילוב הבטיחות שלהם, ההופכים אותם למתאימים ביותר עבור יישומים תעשייתיים או מדעיים. בשל השימוש הקריטי למשימות בהם במטוסים, מכשור בקרה וציוד רפואי, הם נוטים להיות יקרים יותר.

איור 11: דוגמה למתג Toggle. (מקור התמונה: Same Sky)

סיכום

מתגים הם רכיבים בסיסיים הממלאים תפקיד מרכזי במערכות אלקטרוניקה וחשמל. מאמר זה סיפק סקירה מקיפה של ההיבטים המרכזיים של מתגים, לרבות סוגיהם, פעולתם, היישומים והשיקולים שלהם. בין אם מתכננים התקן אלקטרוניקה לצרכנים או עובדים על פרויקט תעשייתי מורכב, בחירת המתג המתאים יכולה להשפיע רבות על הפונקציונליות והאמינות של המערכת. ל-Same Sky יש מגוון של פתרונות מתגים העומדים מוכנים לענות על מגוון של צורכי מיתוג.