مفتاح إلكتروني

في مجال الإلكترونيات ، المفتاح الإلكتروني هو مفتاح يتم التحكم فيه بواسطة مكون أو جهاز إلكتروني نشط . وبدون استخدام أجزاء متحركة، تُسمى هذه المفاتيح بمفاتيح الحالة الصلبة ، مما يميزها عن المفاتيح الميكانيكية. ^{[ 1 ]}

تعتبر المفاتيح الإلكترونية أجهزة ثنائية لأنها تغير بشكل كبير موصلية المسار في الدائرة الكهربائية بين حالتين متطرفتين عند التبديل بين حالتي التشغيل والإيقاف .

تُعرف مجموعة متنوعة من الأجهزة التي تقوم من الناحية النظرية بتوصيل أو فصل الإشارات ومسارات الاتصال بين الأجهزة الكهربائية باسم "المفاتيح"، على غرار الطريقة التي تقوم بها المفاتيح الميكانيكية بتوصيل وفصل مسارات تدفق الإلكترونات بين موصلين.

المرحل التقليدي عبارة عن مفتاح كهروميكانيكي يستخدم مغناطيسًا كهربائيًا يتم التحكم فيه بواسطة تيار لتشغيل آلية تبديل ميكانيكية. كما تُستخدم مبادئ تشغيل أخرى (على سبيل المثال، تتحكم المرحلات ذات الحالة الصلبة التي تم اختراعها عام 1971 في دوائر الطاقة بدون أجزاء متحركة، وتستخدم بدلاً من ذلك جهازًا شبه موصل لإجراء التبديل - غالبًا ما يكون مقومًا يتم التحكم فيه بواسطة السيليكون أو الترياك ).

استخدمت أنظمة الهاتف المبكرة مفتاح ستروجر الذي يعمل كهرومغناطيسيًا لتوصيل المتصلين؛ أما مقاسم الهاتف اللاحقة فتحتوي على مفتاح أو أكثر من مفاتيح التبديل الكهروميكانيكية . ولذلك، يُستخدم مصطلح "مُبدَّل" لوصف شبكات الاتصالات ، ويشير إلى شبكة مُبدَّلة الدوائر ، توفر دوائر مخصصة للاتصال بين نقاط النهاية، مثل شبكة الهاتف العامة المُبدَّلة .

انتشر مصطلح المفتاح منذ ذلك الحين ليشمل مجموعة متنوعة من الأجهزة الرقمية النشطة مثل الترانزستورات والبوابات المنطقية التي تتمثل وظيفتها في تغيير حالة الإخراج بين الحالات المنطقية أو توصيل خطوط الإشارة المختلفة.

السمة المشتركة لجميع هذه الاستخدامات هي أنها تشير إلى الأجهزة التي تتحكم في حالة ثنائية إما تشغيل أو إيقاف ، مغلق أو مفتوح ، متصل أو غير متصل ، موصل أو غير موصل ، مقاومة منخفضة أو مقاومة عالية .

يوجد تنوع كبير في أنواع المفاتيح المختلفة التي يمكن تصنيفها بناءً على خصائص متنوعة، مثل عامل التضخيم أو عامل القدرة، ونوع الطاقة، والمواد المصنوعة منها، إلخ.

• يمكن استخدام أنابيب التفريغ في تطبيقات الجهد العالي .

• يمكن اعتبار الصمام الثنائي بمثابة مفتاح لا يوصل التيار بشكل ملحوظ إلا عند انحيازه الأمامي، ويكون في غير ذلك معزولاً فعلياً ( مقاومة عالية ). وتُسمى أنواع معينة من الصمامات الثنائية التي يمكنها تغيير حالة التبديل بسرعة، مثل صمام شوتكي الثنائي و1 N4148 ، "صمامات التبديل".
• يمكن تشغيل الترانزستور كمفتاح . ويمكن التعامل مع منطقتي القطع والتشبع في الترانزستور ثنائي القطب (BJT) على التوالي كمفتاح مغلق ومفتوح.
• يُعد ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (MOSFET) أكثر المفاتيح الإلكترونية استخدامًا في الدوائر الرقمية . ^{[ 2 ]}
• يستخدم المفتاح التناظري اثنين من ترانزستورات MOSFET في ترتيب بوابة النقل كمفتاح يعمل بشكل مشابه للمرحل، مع بعض المزايا والعديد من القيود مقارنة بالمرحل الكهروميكانيكي.
• تُستخدم ترانزستورات الطاقة في منظم الجهد التبديل ، مثل وحدة تزويد الطاقة ، كمفتاح للسماح بتدفق الطاقة ومنع تدفقها بالتناوب.
• مفاتيح هول هي نوع من مستشعرات هول التي تجمع بين تأثير هول التناظري واكتشاف العتبة لإنتاج مفتاح يعمل مغناطيسيًا .
• يستخدم العازل الضوئي الضوء الصادر من مصباح LED يتم التحكم فيه بواسطة تيار يتم استقباله بواسطة ترانزستور ضوئي لتشغيل دائرة معزولة جلفانيًا .
• يجمع الترانزستور ثنائي القطب ذو البوابة المعزولة (IGBT) بين مزايا الترانزستورات ثنائية القطب (BJTs ) وترانزستورات MOSFET للطاقة .
• يمكن استخدام مقوم السيليكون المتحكم به (SCR) للتبديل عالي السرعة لتطبيقات التحكم في الطاقة (مثل مشغلات المحركات ).
• الترياك (صمام ثلاثي التيار المتردد)، وهو ما يعادل اثنين من مقومات السيليكون المتحكم بها (SCRs) المتصلة على التوالي، هو جهاز تبديل ثنائي الاتجاه.
• يشير اختصار DIAC إلى مفتاح التيار المتردد الثنائي.
• الثايرستور ذو إيقاف البوابة (GTO) هو جهاز تبديل ثنائي القطب.
• قد تتكون المفاتيح الإلكترونية أيضًا من تكوينات معقدة يتم مساعدتها عن طريق الاتصال المادي، على سبيل المثال شاشات اللمس المقاومة أو السعوية .
• تقوم محولات الشبكة بإعادة تكوين الاتصالات بين المنافذ المختلفة لأجهزة الكمبيوتر في شبكة الكمبيوتر .

تُستخدم المفاتيح الإلكترونية في جميع أنواع التطبيقات الشائعة والصناعية التي تتراوح من مولدات التذبذب إلى الطاقة والتحكم في المدخلات.

• التتابع