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Bobby Brown
更新 2023-11-10
什麼是開關訊號?

本文摘要

  • 開關訊號是用於系統控制的數位化開/關狀態。
  • 簧片開關利用磁場完成電路的連接,但在電流處理上有限制。
  • 電磁繼電器允許透過小控制電流安全控制大電流。
  • 電晶體提供快速、複雜的訊號傳輸,沒有簧片開關的機械限制。
  • 邏輯輸出,如TTL和CMOS,使用電壓等級傳遞二進位訊號進行數位通訊。

本文目錄


一、什麼是開關訊號?

前言舉例來說電燈有導通(ON)跟斷路(OFF)。開關訊號就是將ON、OFF改為1、0的格式,排列成時間上有意義的串列(類似於摩斯密碼)傳到外部裝置,並藉由傳送此數位通訊而達到系統控制。內容...

流量計所提供的脈衝輸出類型包含磁簧開關、電晶體(NPN 與 PNP接面)、邏輯設備、Namur 傳感器(電流脈衝)和電磁線圈,而本篇將會介紹幾種常見的開關通訊。


二、磁簧開關

磁簧開關的原理

磁簧開關結構是將兩個磁簧片密封於玻璃管中,觸點端會鍍上耐磨、較硬的金屬(通常為銠和釕)來增加使用壽命。為了使金屬磁簧片不易氧化,通常會在玻璃管中填充惰性氣體,更有甚者,會將玻璃管內的氣體抽光呈現真空狀態,使其效能更加提升。

磁簧開關的原理非常簡單,最基本最常見的磁簧開關如上圖所示,當有磁場靠近兩磁簧片,磁吸力大於磁簧片本身的彈性,兩磁簧片就會吸住以導通電路。但由於磁簧開關小巧精緻,越細小電阻越大,無法跑太大的電流,因而在電流使用上較有其先天上的限制。此外,基於工業製造的誤差,磁簧開關通常只用於傳送基本狀態的訊息,如 LORRIC 的感應式面積式流量計,其數位極限訊號的訊號輸出就是基於此原理來運作;另外,門窗的防盜系統是生活中最常見的磁簧開關運用之一,住戶將門窗關上後,防盜系統即啟動。


三、電磁繼電器

電磁繼電器

電磁繼電器是一種利用小電流去控制大電流的一種自動開關。其原理與磁簧開關極為相似,不同於磁簧開關之處,在於其將永久電磁改為電磁鐵。當將電磁鐵通電後,線圈中的鐵芯會產生電磁力,電磁力移動了公共觸點而導通其裝置。

另外,若要導大電流或完全絕緣可使用電磁繼電器。因直接的操作高電流運作的電子設備將產生一定的危險性,故以電磁繼電器間接操作,以確保安全。


四、電晶體

電晶體

電晶體又稱「無觸點開關」。一般來說,有觸點的開關其觸點會因長期切換電路而產生磨耗或其他問題,電晶體的發明解決了有觸點開關的缺陷。半導體的傳導能力介於導體跟絕緣體之間,並可透過其他電訊號來做改變,而電晶體就是利用半導體材料本身可以從絕緣體變成導體的特性,再透過外部其他電學訊號來控制導通(ON)與不導通(OFF),排列成時間上有意義的串列,傳送到外部裝置。

電晶體無以磁鐵與簧片所組成的機械結構,故訊號傳送速度較快。此外,電晶體也可傳送較多訊號,不局限於狀態。LORRIC 的專利AxleSense蹼輪式流量計所配備的有線通訊方之一的 OCT 就是以上述原理來運作,而 LORRIC 的產品也有做進一步的光耦保護,在光耦的保護下,當開關線路因外部因素損壞時,裝置的其它功能可不受其影響持續正常運作。


五、其他邏輯輸出界面

邏輯輸出界面

邏輯輸出已經不是開關訊號,而是單純的邏輯訊號,一般是在兩個預定電壓位準之間切換,兩個電壓各自被定義為邏輯 0 和邏輯 1,當輸出電壓低於設定值,就會傳出「0」的訊號,反之,當輸出電壓高於設定值,就會傳出「1」的訊號。

最常見的邏輯輸出介面定義是 TTL 和 CMOS。 TTL定義邏輯0(輸出低於0.4V)和邏輯1(高於2.4V),通常 0 為幾毫伏,而 1 則接近 5伏特。 CMOS 相對於內部電源電壓(通常為 3.3V 或 5V)定義為在低於 33% 的電源電壓時為 0,在高於 66% 時為 1。故電源電壓低於 33% 時會傳出訊號「0」,反之,當電源電壓高於 66% 時會傳出訊號「1」。

 
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