Noțiuni de bază privind comutatoarele tactile

Comutatorul tactil este un tip bine cunoscut de comutator electric care, la fel ca și omologii săi mecanici, activează sau întrerupe un circuit electric prin acționare manuală. Apărute la începutul anilor 1980 ca și comutatoare cu membrană sau serigrafiate pentru tastaturi, aceste tipuri de comutatoare au fost inițial întâmpinate cu rezistență din cauza performanțelor slabe și a lipsei de feedback tactil. Cu toate acestea, la sfârșitul anilor 1980, versiunile cu cupole metalice încorporate în proiectare au început să fie adoptate din ce în ce mai mult, datorită feedback-ului îmbunătățit, acționării robuste și longevității sporite. Aceste schimbări au dus la apariția comutatoarelor tactile utilizate în mod obișnuit și întâlnite astăzi într-o gamă largă de aplicații comerciale și de consum.

După cum s-a menționat mai sus, un diferențiator cheie al comutatoarelor tactile este faptul că, atunci când se aplică presiune asupra dispozitivului de acționare, acesta răspunde cu un „clic” perceptibil sau o lovitură haptică, pentru a indica faptul că comutatorul a funcționat cu succes. Fiind dispozitive cu acțiune temporară, odată ce utilizatorul nu mai aplică presiune, comutatorul este eliberat, iar fluxul de curent este întrerupt. Deși se găsesc în mod obișnuit ca dispozitive normal deschise, comutatoarele tactile sunt disponibile și în versiuni normal închise, în care curentul este oprit atunci când dispozitivul de acționare este apăsat și începe să circule odată ce este eliberat.

Figura 1: exemplu de comutatoare tactile obișnuite (Sursa imaginii: Same Sky)

Tactil sau cu buton?

Două tipuri de comutatoare care sunt adesea confundate sau ale căror denumiri sunt folosite în mod interschimbabil sunt comutatoarele tactile și comutatoarele cu buton. Deși sunt similare, atât în general, cât și în ceea ce privește funcția, comutatoarele cu buton funcționează prin apăsarea unui dispozitiv de acționare pe o anumită distanță pentru a porni fluxul de curent și prin apăsarea din nou a acestuia pentru a opri fluxul de curent. În schimb, comutatoarele tactile pornesc/opresc fluxul de curent atunci când dispozitivul de acționare este apăsat și menținut cu o cursă minimă a dispozitivului de acționare.

Deși unele butoane pot funcționa ca și comutatoare cu acționare temporară, toate comutatoarele tactile sunt temporare. De obicei, comutatoarele tactile oferă dimensiuni mai mici ale pachetului decât comutatoarele cu buton, precum și valori nominale în general mai mici pentru tensiune și curent. Feedback-ul lor audio sau haptic este, de asemenea, un diferențiator cheie în comparație cu butoanele și, în timp ce butoanele oferă stiluri de montare pe panou sau pe PCB, comutatoarele tactile sunt concepute doar pentru montarea directă pe PCB. Pentru a afla mai multe despre comutatoarele cu buton, citiți blogul Noțiuni de bază despre comutatoarele cu buton de la Same Sky.

Structura și funcționarea de bază

Un aspect cheie care asigură simplitatea și robustețea unui comutator tactil în comparație cu alte comutatoare mecanice este numărul limitat de componente interne pentru îndeplinirea funcției sale. De obicei, un proiect tipic de comutator tactil include patru părți în total, enumerate mai jos:

1. Capacul superior: protejează mecanismul intern al comutatorului și poate fi din metal sau din alte materiale, după funcția prevăzută. În plus, capacele pot oferi un terminal de masă pentru a proteja comutatorul de descărcările statice.
2. Piston: amplasat sub capac și deasupra cupolei de contact, pistonul este componenta care este apăsată de utilizator pentru a îndoi cupola, activând astfel comutatorul. Pistoanele pot fi ori plate, ori ridicate.
3. Cupola de contact: această componentă, cu forma sa arcuită, se potrivește în bază și se îndoaie sau își inversează forma atunci când pistonul intră în contact cu ea. Acest proces de îndoire creează clicul sonor și tactil, în timp ce conectează două contacte fixe în bază pentru a completa circuitul. După îndepărtarea forței, cupola de contact revine la forma inițială și deconectează circuitul. Materialul utilizat atât pentru cupola de contact, cât și pentru piston (metal, cauciuc etc.) va contribui la determinarea senzației tactile și a sunetului comutatorului.
4. Baza din rășină turnată: ultima piesă a comutatorului găzduiește bornele și contactele, pentru conectarea comutatorului la PCB.

Figura 2: structura tipică a comutatorului tactil (Sursa imaginii: Same Sky)

Principalele beneficii și specificații

Selectarea corectă a comutatorului tactil implică mai mult decât simpla evaluare a specificațiilor de pe o fișă tehnică a produsului. În afara câtorva caracteristici și beneficii generale, cum ar fi acționarea temporară, puterea și curentul nominal mai mici, robustețea datorată numărului mai mic de piese mobile și costul mai mic, senzația și sunetul perceptibil al unui comutator tactil pot avea o influență mare asupra selecției componentelor. Aceasta poate fi o caracteristică dificil de cuantificat, deoarece forța necesară pentru a activa comutatorul, precum și feedback-ul haptic al acestuia variază în funcție de utilizarea și funcția preconizată. De exemplu, un comutator tactil utilizat într-o aplicație auto ar putea avea nevoie de o forță de acționare mai mare pentru a evita intrările accidentale cauzate de vibrații, în comparație cu un comutator utilizat într-un mediu casnic sau de birou. Adesea, cel mai bun mod de a determina caracteristicile adecvate ale unui comutator este prin prototipuri și teste.

Acestea fiind spuse, iată câteva specificații cheie pe care trebuie să le aveți în vedere în timpul procesului de selecție:

• Tensiune nominală: tensiunea maximă pe care o poate suporta comutatorul atunci când este deschis sau închis.
• Curent nominal: curentul maxim în amperi pe care un comutator îl poate suporta înainte de a se deteriora.
• Forța de activare (sau forța de acționare): cantitatea de forță sau presiune (exprimată în gram-forță sau gf) necesară pentru a mișca un dispozitiv de acționare pe un comutator.
• Deviere (sau cursă a dispozitivului de acționare): distanța totală de deplasare a unui comutator apăsat.
• Forța de contact: cantitatea de forță sau presiune (exprimată în grame) necesară pentru conectarea comutatorului la borne.
• Înălțimea dispozitivului de acționare: înălțimea dispozitivului de acționare deasupra corpului comutatorului. (Consultați Figura 3)
• Intervalul ciclului de viață: durata preconizată a unui comutator în condiții normale de funcționare.
• Intervalul de temperatură: temperaturi de funcționare la care comutatorul va funcționa conform specificațiilor.
• Stilul de montare: metoda utilizată pentru montarea comutatorului pe placa de circuite imprimate, fie prin orificii, fie la suprafață.
• Indice IP: un standard internațional care clasifică gradele de protecție a unui comutator (sau a altui produs) împotriva pătrunderii prafului și a lichidelor. Consultați Comutatoarele tactile IP67 de la Same Sky.

Figura 3: înălțimi obișnuite ale dispozitivului de acționare al comutatoarelor tactile (Sursa imaginii: Same Sky)

Cablarea comutatorului tactil

Majoritatea comutatoarelor tactile conțin patru pini pentru a ajuta la asigurarea stabilității în timpul montării pe PCB. Acești patru pini sunt conectați intern în două seturi. Deși, din punct de vedere tehnic, doar două dintre conductoare sunt necesare pentru cablare, este cel mai bine să folosiți toți pinii posibili. De asemenea, există modele de comutatoare tactile cu doar doi pini disponibili, precum și versiuni cu 5 pini, care permit un control de tip joystick într-un pachet foarte mic.

Figura 4: configurație obișnuită a comutatorului tactil cu 4 pini (Sursa imaginii: Same Sky)

Concluzie

Datorită dimensiunilor mici, înălțimii reduse și duratei lor lungi de viață, comutatoarele tactile sunt potrivite pentru multe nevoi, într-o varietate de produse industriale și de consum, inclusiv în aplicații mai noi pentru tehnologia dispozitivelor portabile și nu numai. Atunci când este nevoie de o acționare temporară, cu consum redus de energie, comutatoarele tactile vor rămâne o soluție preferată, având avantajul suplimentar al feedback-ului tactil și auditiv. Pentru a vă ajuta în procesul de selecție, Same Sky oferă o linie de comutatoare tactile cu pachete compacte, o varietate de înălțimi ale dispozitivului de acționare și multiple opțiuni de configurare.