Uno de los componentes más utilizados y fáciles de pasar por alto es el interruptor.
Los interruptores no requieren ninguna ecuación complicada de evaluar. Todo lo que hacen es seleccionar entre un circuito abierto y un cortocircuito. Es sencillo, pero ¿ cómo podríamos vivir sin botones e interruptores? ¿De qué sirve un circuito sin la intervención del usuario? ¿O un robot mortal sin un interruptor de apagado? ¿Qué sería de nuestro mundo sin los grandes botones rojos que nunca, nunca debes pulsar?
En este tutorial veremos:
- Interruptores momentáneos vs Mantenidos
- ¿Qué significan SPST, SPDT, DPDT, etc.?
- La diferencia entre botones normalmente cerrados y normalmente abiertos
- Un montón de bonitas imágenes de botones
- Valores nominales importantes de los interruptores
- Aplicaciones de los interruptores
Lecturas sugeridas
Antes de sumergirte en este tutorial, asegúrate de que tienes los conocimientos más básicos de electrónica. Si no estás familiarizado con los siguientes conceptos, considera la posibilidad de leer primero algún tutorial. Después, vuelve y nos divertiremos hablando de botones.
- ¿Qué es un circuito? – Especialmente conocer la diferencia entre un circuito abierto y uno cerrado
- Tensión, corriente, resistencia y ley de Ohm
- Potencia
- Cómo usar un multímetro
- Binario
¿Qué es un interruptor?
Un interruptor es un componente que controla la apertura o el cierre de un circuito eléctrico. Permiten controlar el flujo de corriente en un circuito (sin tener que entrar y cortar o empalmar manualmente los cables). Los interruptores son componentes críticos en cualquier circuito que requiera la interacción o el control del usuario.
Un interruptor sólo puede existir en uno de los dos estados: abierto o cerrado. En el estado “abierto”, un interruptor interrupme físicamente el cable dejando abierto el circuito. Esto, en efecto, es un circuito abierto, e impide que la corriente fluya.
En el estado “cerrado”, un interruptor actúa como un trozo de cable perfectamente conductor, generando un cortocircuito. Esto cierra el circuito, encendiendo el sistema y permitiendo que la corriente fluya sin obstáculos por el resto del circuito.
En un circuito con un LED, una resistencia y un interruptor, cuando el interruptor está cerrado, la corriente fluye y el LED se ilumina. En caso contrario, no fluye corriente y el LED no enciende.
Hay muchos tipos de interruptores: de palanca, rotativos, DIP, de botón, de balancín, de membrana… la lista es interminable. Cada uno de estos tipos de interruptores tiene un conjunto de características únicas que lo diferencian de los demás. Características como la acción que acciona el interruptor o el número de circuitos que puede controlar. A continuación, revisaremos algunas de las características básicas de los interruptores
Método de actuación
Para pasar de un estado a otro, un interruptor debe ser “accionado”. Es decir, hay que realizar algún tipo de acción física para “cambiar” el estado del interruptor. El método de accionamiento de un interruptor es una de sus características más definitorias.
El accionamiento del interruptor puede provenir de un empuje, deslizamiento, balanceo, rotación, lanzamiento, tirón, giro de llave, calentamiento, magnetización, patada, chasquido, … cualquier interacción física que pueda hacer que los enlaces mecánicos del interior del interruptor entren o salgan de contacto.
Momentáneo Vs Mantenido
Todos los interruptores se dividen en dos categorías distintas: momentáneos o mantenidos.
Los interruptores mantenidos, como los interruptores de la luz de la pared, permanecen en un estado hasta que se acciona uno nuevo, y luego permanecen en ese estado hasta que se vuelve a actuar sobre ellos. Estos interruptores también suelen denominarse interruptores de palanca u ON/OFF.
Los interruptores momentáneos sólo permanecen activos mientras son accionados. Si no son accionados, permanecen en su estado “off”. Probablemente tienes un interruptor momentáneo (o 50) justo delante de ti… ¡las teclas de un teclado!
¡Alerta semántica! La mayoría de los interruptores a los que nos referimos como “botones” entran en la categoría de momentáneos. Activar un botón suele implicar pulsar sobre él de alguna manera, lo que parece un control momentáneo. Existen cosas como un botón mantenido, pero para este tutorial cuando hablemos de “botones”, piensa en un “interruptor momentáneo pulsado”.
Tipo de montaje
Como ocurre con la mayoría de los componentes, el tipo de montaje de un interruptor siempre se reduce a montaje en superficie (SMD) o agujero pasante (PTH). Los interruptores con orificios pasantes suelen ser de mayor tamaño. Algunos pueden estar diseñados para encajar en una protoboard para facilitar la creación de prototipos.
Los interruptores SMD son más pequeños que sus homólogos PTH. Se colocan en plano, encima de una placa de circuito impreso. Los interruptores SMD suelen requerir un toque suave, ya que no están construidos para soportar tanta fuerza de conmutación como un interruptor de agujero pasante.
Los interruptores de montaje en panel -diseñados para situarse fuera de una caja- también son un estilo de montaje muy popular. Es difícil accionar un interruptor cuando está oculto dentro de una caja y es por esto que este tipo de interruptores es muy utilizado. Los interruptores de montaje en panel vienen en todo tipo de terminación: PTH, SMD o terminales de soldadura de alta resistencia para soldar a los cables.
Otra característica importante de los interruptores, que realmente merece una página propia, es la disposición del circuito interno de un interruptor. ¿Necesitas un SPST? ¿DPST? ¿4PDT? ahora te explicaremos en que consisten
Polos y tiros, abierto y cerrado
Un interruptor debe tener al menos dos terminales, uno para que la corriente entre y otro para que salga. Sin embargo, esto sólo describe la versión más sencilla de un interruptor. En la mayoría de los casos, un interruptor tiene más de dos terminales. Entonces, ¿cómo se alinean todos esos terminales con el funcionamiento interno del interruptor? Aquí es donde es esencial saber cuántos polos y tiros tiene un interruptor.
El número de polos de un interruptor define cuántos circuitos separados puede controlar el interruptor. Así, un interruptor con un solo polo sólo puede influir en un único circuito. Un interruptor de cuatro polos puede controlar por separado cuatro circuitos diferentes.
El número de tiros de un interruptor define el número de posiciones a las que se puede conectar cada uno de sus polos. Por ejemplo, si un interruptor tiene dos tiros, cada circuito (polo) del interruptor puede conectarse a uno de los dos terminales.
Sabiendo cuántos polos y tiros tiene un interruptor, se puede clasificar más específicamente. Comúnmente verás interruptores definidos como “un polo, un tiro”, “un polo, dos tiros”, “dos polos, dos tiros”, que se abrevian más a menudo como SPST, SPDT y DPDT, respectivamente.
SPST
Un interruptor unipolar, unidireccional (SPST) es lo más sencillo que existe. Tiene una salida y una entrada. El interruptor estará cerrado o completamente desconectado. Los SPST son perfectos para la conmutación de encendido y apagado. También son una forma muy común de interruptores momentáneos. Los interruptores SPST sólo necesitan dos terminales.
SPDT
Otro tipo de interruptor común es el SPDT. Los SPDT tienen tres terminales: un pin común y dos pines que se disputan la conexión al común. Los SPDT son ideales para seleccionar entre dos fuentes de alimentación, intercambiar entradas o lo que sea que se haga con dos circuitos que tratan de ir a un lugar. La mayoría de los interruptores deslizantes simples son de la variedad SPDT. Los interruptores SPDT suelen tener tres terminales. (Nota al margen: en caso de apuro, un SPDT puede convertirse en un SPST dejando uno de los tiros del interruptor sin conectar).
DPDT
Añadiendo otro polo al SPDT se crea un interruptor de doble polo y doble tiro (DPDT). Básicamente son dos interruptores SPDT, que pueden controlar dos circuitos separados, pero que siempre se conmutan juntos por un solo actuador. Los DPDT deben tener seis terminales.
XPYT
Los interruptores con más de dos polos o tiros no son demasiado comunes, pero están ahí (en toda su gloria de formas extrañas y difíciles de conectar). Una vez que pasamos de uno o dos polos/tiros, simplemente empezamos a meter números en la abreviatura. Aquí tenemos un interruptor 4PDT, por ejemplo, puede controlar cuatro circuitos separados, 2 posiciones por circuito:
Normalmente abierto/cerrado
Cuando un interruptor momentáneo no está accionado, está en un estado “normal”. Dependiendo de cómo esté construido el botón, su estado normal puede ser un circuito abierto o un cortocircuito. Cuando un pulsador está abierto hasta que se acciona, se dice que está normalmente abierto (abreviado NO). Cuando se acciona un pulsador NO, se cierra el circuito, por lo que también se denominan interruptores “pulsar para hacer”.
Por el contrario, si un pulsador suele actuar como un cortocircuito a menos que se accione, se denomina interruptor normalmente cerrado (NC). Los interruptores NC son “push-to-break”; al accionar el interruptor se crea un circuito abierto.
Entre los dos tipos, es mucho más probable encontrar un interruptor momentáneo normalmente abierto.
Interruptores momentáneos
Los interruptores momentáneos son interruptores que sólo permanecen en su estado de activación mientras se los acciona (se los presiona, se los sostiene, se los magnetiza, etc.). La mayoría de los interruptores momentáneos se utilizan para casos de entrada intermitente del usuario; cosas como botones de reinicio o de teclado.
Ejemplos de interruptores momentáneos
Pulsador
Los pulsadores son los clásicos interruptores momentáneos. Normalmente, estos interruptores tienen una respuesta muy agradable, táctil y hacen “click” cuando los pulsas. Los hay de todo tipo: grandes, pequeños, de colores, iluminados (cuando un LED brilla a través del botón). Pueden ser de agujero pasante, superficie o incluso en panel.
Matrices de botones
Las grandes matrices de botones momentáneos, como tu teclado o incluso agrupaciones más pequeñas como un teclado numericos, suelen organizar todos sus interruptores en una gran matriz. A cada botón del teclado se le asigna una fila y una columna. Esto requiere un procesamiento adicional de la pulsación del botón en el microcontrolador, pero libera una gran cantidad de pines de E/S.
Etc.
Los interruptores momentáneos no siempre tienen que ser accionados por una pulsación. Pueden ser de empuje lateral, como la acción de movimiento en un puñado de joysticks.
En el otro extremo del espectro, los interruptores de láminas se abren o cierran cuando se exponen a la presencia de un campo magnético. Son ideales para hacer un interruptor sin contacto.
Interruptores mantenidos
Un interruptor mantenido conserva su estado hasta que se acciona en uno nuevo. Basta con mirar a la pared más cercana para ver un ejemplo de interruptor mantenido: el que controla las luces. Los interruptores mantenidos son ideales para aplicaciones de tipo “ponlo y déjalo”, como el encendido y el apagado.
Ejemplos de interruptores con mantenimiento
Interruptor deslizante
Necesitas un interruptor ON/OFF o selector realmente básico y sin complicaciones. Los interruptores deslizantes pueden ser para ti. Estos interruptores tienen una pequeña protuberancia que sobresale del interruptor y se desliza por el cuerpo en una de las dos (o más) posiciones.
Normalmente encontrarás interruptores deslizantes en configuraciones SPDT o DPDT. El terminal común suele estar en el centro, y las dos posiciones de selección están en el exterior.
Interruptor de palanca
Cuando escuches interruptor de palanca, piensa en “¡dispara los misiles!”. Los interruptores de palanca tienen una larga palanca que se mueve con un movimiento de balanceo. Cuando se mueven a una nueva posición, los interruptores de palanca hacen un “click” realmente satisfactorio.
Los interruptores de palanca suelen ser SPST (dos terminales) o SPDT (tres terminales), aunque también puedes encontrarlos de otros tipos. Como es habitual, puedes encontrarlos con orificio pasante, de montaje en superficie o, probablemente lo más habitual, de montaje en panel.
Interruptores DIP
Los interruptores DIP son interruptores de agujero pasante diseñados en el mismo molde que un circuito integrado DIP de agujero pasante. Pueden colocarse en una protoboard, de la misma manera que un CI de orificio pasante, atravesando la zona central.
Estos interruptores suelen venir en conjuntos de ocho o más interruptores SPST separados, con pequeñas palancas deslizantes. Se utilizaban mucho en los viejos tiempos de la informática, pero siguen siendo útiles para configurar un dispositivo por hardware.
Botones de enclavamiento
Los pulsadores no son todos momentáneos. Algunos pulsadores se bloquean en su lugar, manteniendo su estado hasta que se presionan de nuevo, volviendo al punto de partida. Se pueden encontrar, por ejemplo, en los interruptores de los pedales de guitarra.
Etc.
Apenas hemos empezado a cubrir la enorme variedad de interruptores de mantenimiento que existen. Hay interruptores de cadena, que añaden un toque realmente elegante a tu proyecto. Interruptores con llave, para cuando no quieres que cualquiera encienda tu robot asesino. Los interruptores giratorios, como los de un multímetro, proporcionan un dispositivo de entrada único, especialmente cuando necesitas un gran número de lanzamientos.
Aplicaciones de los interruptores
Control On/Off
Una de las aplicaciones más obvias de los interruptores es el simple control de encendido y apagado. El tipo de control que se realiza cada vez que se entra en una habitación oscura. Un interruptor de encendido/apagado puede ser implementado simplemente pegando un interruptor SPST en serie con una línea de alimentación. Normalmente el interruptor de encendido/apagado será mantenido, como un interruptor de palanca o deslizante, pero los interruptores momentáneos de encendido/apagado pueden tener su propósito.
Al implementar un interruptor de este tipo, ten en cuenta que toda la corriente que consume tu proyecto va a pasar por ese interruptor. Lo ideal es que un interruptor sea un conductor perfecto, pero en realidad tiene una pequeña resistencia entre los dos contactos. Debido a esa resistencia, todos los interruptores tienen un valor nominal para la cantidad máxima de corriente que pueden soportar. Si se sobrepasa el valor máximo de corriente de un interruptor, se puede esperar que se derrita el plástico y se produzca un humo mágico.
Por ejemplo, este interruptor deslizante SPDT es ideal para controlar el flujo de corriente en proyectos pequeños (como Simons o Metrónomos), pero no intentes usarlo para controlar controladores de motor robustos, o cadenas de 100 LEDs. Para eso, considera usar algo como un interruptor de palanca de 4A o un interruptor de lámpara de 6A.
Entrada de usuario
Por supuesto, la entrada del usuario es una de las aplicaciones más comunes de los interruptores. Por ejemplo, si quieres conectar un interruptor a un pin de entrada de un microcontrolador, todo lo que necesitas es un circuito sencillo como éste:
Cuando el interruptor está abierto, el pin del MCU está conectado a través de la resistencia a 5V. Cuando el interruptor está cerrado, el pin está conectado directamente a GND. La resistencia en ese circuito es una resistencia de pull-up, necesaria para polarizar la entrada en alto, y evitar un cortocircuito a tierra cuando el interruptor está cerrado.
Switch Basics. Sparkfun Education
https://sparkfuneducation.com/how-to/using-basic-switches.html