Nếu bạn đến thăm một nhà máy hiện đại và quan sát hệ thống điện tử tuyệt vời hoạt động trong một ô lắp ráp, bạn sẽ thấy rất nhiều cảm biến được trưng bày. Hầu hết các cảm biến này đều có dây riêng biệt cho nguồn điện áp dương, đất và tín hiệu. Việc cấp nguồn cho phép cảm biến thực hiện chức năng của nó, dù là quan sát sự hiện diện của kim loại sắt từ gần đó hay phát ra chùm sáng như một phần của hệ thống an ninh nhà máy. Các công tắc cơ học đơn giản kích hoạt các cảm biến này, chẳng hạn như công tắc lưỡi gà, chỉ cần hai dây để hoạt động. Các công tắc này được kích hoạt bằng từ trường.
Công tắc lưỡi gà là gì?
Công tắc lá ra đời vào năm 1936. Đây là sáng kiến của WB Ellwood tại Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell và được cấp bằng sáng chế vào năm 1941. Công tắc trông giống như một viên nang thủy tinh nhỏ có dây dẫn điện nhô ra ở mỗi đầu.
Công tắc lưỡi gà hoạt động như thế nào?
Cơ cấu chuyển mạch bao gồm hai cánh sắt từ, cách nhau chỉ vài micron. Khi một nam châm tiến lại gần hai cánh này, hai cánh sẽ hút nhau. Khi chạm vào nhau, các cánh sẽ đóng các tiếp điểm thường mở (NO), cho phép dòng điện chạy qua. Một số công tắc lá cũng chứa một tiếp điểm phi sắt từ, tạo thành ngõ ra thường đóng (NC). Một nam châm tiến lại gần sẽ ngắt kết nối tiếp điểm và kéo ra khỏi tiếp điểm chuyển mạch.
Tiếp điểm được chế tạo từ nhiều loại kim loại, bao gồm vonfram và rhodium. Một số loại thậm chí còn sử dụng thủy ngân, cần phải giữ đúng hướng để chuyển đổi chính xác. Một lớp vỏ thủy tinh chứa khí trơ - thường là nitơ - sẽ bịt kín các tiếp điểm ở áp suất bên trong dưới một atm. Lớp bịt kín này giúp cô lập các tiếp điểm, ngăn ngừa ăn mòn và bất kỳ tia lửa nào có thể phát sinh do chuyển động của tiếp điểm.
Ứng dụng của công tắc lưỡi gà trong thế giới thực
Bạn sẽ thấy cảm biến trong các vật dụng hàng ngày như ô tô và máy giặt, nhưng một trong những ứng dụng nổi bật nhất của công tắc/cảm biến này là trong hệ thống báo trộm. Thực tế, báo động gần như là một ứng dụng hoàn hảo cho công nghệ này. Cửa sổ hoặc cửa ra vào di động chứa một nam châm, và cảm biến nằm ở đế, truyền tín hiệu cho đến khi nam châm được tháo ra. Khi cửa sổ mở - hoặc nếu ai đó cắt dây - chuông báo động sẽ kêu.
Mặc dù chuông báo trộm là một ứng dụng tuyệt vời cho công tắc lưỡi gà, nhưng những thiết bị này thậm chí còn có thể nhỏ hơn nữa. Một công tắc thu nhỏ sẽ vừa vặn bên trong các thiết bị y tế được nuốt vào, được gọi là PillCam. Sau khi bệnh nhân nuốt đầu dò nhỏ xíu, bác sĩ có thể kích hoạt nó bằng nam châm bên ngoài cơ thể. Sự chậm trễ này giúp tiết kiệm năng lượng cho đến khi đầu dò được đặt đúng vị trí, đồng nghĩa với việc pin tích hợp có thể còn nhỏ hơn nữa, một tính năng quan trọng trong một thiết bị được thiết kế để di chuyển qua đường tiêu hóa của con người. Bên cạnh kích thước nhỏ gọn, ứng dụng này còn minh họa độ nhạy của chúng, vì những cảm biến này có thể cảm nhận được từ trường xuyên qua da thịt con người.
Công tắc lưỡi gà không cần nam châm vĩnh cửu để kích hoạt; một rơ le nam châm điện có thể bật chúng lên. Vì Bell Labs là đơn vị đầu tiên phát triển công tắc lưỡi gà, nên không có gì ngạc nhiên khi ngành công nghiệp điện thoại đã sử dụng rơ le lưỡi gà cho các chức năng điều khiển và bộ nhớ cho đến khi mọi thứ chuyển sang kỹ thuật số vào những năm 1990. Loại rơ le này không còn là xương sống của hệ thống truyền thông nữa, nhưng chúng vẫn phổ biến trong nhiều ứng dụng khác ngày nay.
Ưu điểm của Rơ le lưỡi gà
Cảm biến hiệu ứng Hall là một thiết bị bán dẫn có khả năng phát hiện từ trường, và là một lựa chọn thay thế cho công tắc lá. Hiệu ứng Hall chắc chắn phù hợp với một số ứng dụng, nhưng công tắc lá có khả năng cách điện vượt trội hơn so với công tắc lá bán dẫn, và chúng ít bị điện trở hơn do tiếp điểm đóng. Ngoài ra, công tắc lá có thể hoạt động với nhiều loại điện áp, tải và tần số khác nhau, vì công tắc chỉ hoạt động như một dây kết nối hoặc ngắt kết nối. Ngoài ra, bạn sẽ cần mạch hỗ trợ để cảm biến Hall có thể hoạt động.
Công tắc lưỡi gà có độ tin cậy cực kỳ cao đối với một công tắc cơ học, và chúng có thể hoạt động hàng tỷ chu kỳ trước khi hỏng. Hơn nữa, nhờ cấu trúc kín, chúng có thể hoạt động trong môi trường dễ cháy nổ, nơi tia lửa điện có thể gây ra hậu quả thảm khốc. Công tắc lưỡi gà có thể là một công nghệ cũ, nhưng chúng không hề lỗi thời. Bạn có thể áp dụng các gói chứa công tắc lưỡi gà vào bảng mạch in (PCB) bằng máy móc gắp và đặt tự động.
Bản dựng tiếp theo của bạn có thể cần đến nhiều mạch tích hợp và linh kiện, tất cả đều mới ra mắt trong vài năm trở lại đây, nhưng đừng quên công tắc lá đơn giản. Nó hoàn thành nhiệm vụ chuyển mạch cơ bản một cách đơn giản đến kinh ngạc. Sau hơn 80 năm sử dụng và phát triển, bạn có thể tin tưởng vào thiết kế đã được kiểm chứng của công tắc lá để hoạt động ổn định.
Thời gian đăng: 22-04-2024