Lüliti: elektri- ja elektroonilised lülitid ning loogikaväravad

Lüliti on seade või komponent, mis muudab voolu voolu vooluahelas — näiteks lülitab voolu sisse või välja, suunab selle ühest harust teise või katkestab kontakti. Lülitid võivad olla mehaanilised (näiteks valguslülitid või raudteelüliti kui liikuv mehhanism rööbaste suuna suunamiseks), elektromagnetilised (releed) või elektroonilised (transistorid, MOSFET-id jms). Tänapäevastes süsteemides asendavad mehaanilisi lüliteid tihti elektroonilised lülitid, sest neid saab kiirelt ja täpselt automaatselt juhtida.

Tüübid ja tööpõhimõtted

• Mehaanilised lülitid: lihtsad kontaktid, nagu lüliti koduvalguses, klahvlülitid, nupp-lülitid, piir- ja lõppseiskamise lülitid. Neil on mehaaniline kulumine ja neid tuleb mõnikord debounc’ing’u (kontaktide hüplemise summutamise) tõttu elektrooniliselt töödelda.
• Releed ja kontaktorid: elektromagnetilised lülitid, mis võimaldavad juhtida suuremaid voolusid väiksema juhtsignaali abil; kasutatakse tööstuses ja elektrijaotuses.
• Sisemised või tahkis-lülitid (solid-state): transistorid (BJT), MOSFET-id ja IGBT-d toimivad lülititena ilma liikuvate osadeta; need on kiired, vastupidavad ja sobivad kõrgsageduslikuks lülitamiseks, kuid nõuavad soojusjuhtimist ja lülituskarakteristikud erinevad mehaanilistest kontaktidest.
• Spetsiaalsed ja optilised lülitid: reed-lülitid, fotoelektrilised lülitid, puutetundlikud lülitid jt, mis töötavad erinevate füüsikaliste põhimõtete alusel.
• Loogilised lülitid ehk väravad: kui lülitit vaadeldakse matemaatilises vormis, nimetatakse seda sageli väravaks. Need realiseerivad loogilisi operatsioone (näiteks AND, OR, NOT).

Loogikaväravad ja arvutid

Lülitit nimetatakse "väravaks", kui seda kasutatakse matemaatilises vormis. Loogikas kujutatakse argumente loogikaväravatena, kus sisse- ja väljundolekud on binaarsed (näiteks 0 ja 1). Elektrooniliste väravate kasutamine loogikaväravate süsteemina on arvuti põhiidee — st arvuti on hulk elektroonilisi lüliteid, mis töötavad loogikaväravatena. Praktikas realiseeritakse loogikaväravad transistori- või integreeritud ahela (IC) kujul; nende kombinatsioonidest sünnivad kombineeritud ja sekventiaalsed loogikavõrgud, mäluelemendid ja protsessorid.

Rakendused ja praktilised aspektid

• Energia jaotamine: lülitid ja kaitseseadmed (kaitsmed, automaatsed katkaisjad) kontrollivad ja kaitsevad elektrivõrke vastava pinge ja voolu puhul.
• Elektroonika ja signaalitöötlus: lülitid juhivad signaale, rakendatakse analoog- ja digitaalsete skeemide lülitamisel, signaalide allikate vahetamisel ja andmetöötluses.
• Telekommunikatsioon: ajalooliselt kasutati telefonivõrkudes mehaanilisi lüliteid (kõnede suunamiseks), mida asendasid automaatsed ja hiljem täielikult elektroonilised vaheköited.
• Arendus ja kujundus: lüliti valimisel tuleb arvestada nimipinget, nominaalset voolu, kontaktmaterjali, kontaktide eluiga, lülituskiirust, soojus- ja elektromagnetilist käitumist ning ohutusnõudeid.

Ohutus ja töökindlus

Elektriliste lülitite kasutamisel on oluline järgida pinge- ja voolutalitlust, kuna ülepinge või liigvool võib põhjustada kontaktide kõrbenemise, kaare teket või seadme rikke. Mehaanilised lülitid vajavad hooldust ja võivad põhjustada kontaktide hüplemist, mida digitaalsüsteemides tavaliselt tarkvara või riistvara meetoditega (debounce) kompenseeritakse. Tahkis-lülitid on kiiremad ja kulumiskindlad, kuid võivad nõuda jahutust ja kaitset ülepinge vastu.

Kokkuvõte

Lüliti on põhikomponent nii lihtsates kodustes rakendustes kui ka keerukates elektroonilistes süsteemides. See võib olla lihtne mehaaniline kontakt või keerukas elektrooniline element, mille abil juhitakse voolu ja informatsiooni. Matemaatilises ja loogilises kontekstis nimetatakse lülitusi väravateks, mis võimaldavad ehitada loogikaskeeme ja moodustada arvutite töös vajalikud operatsioonid.

Muud tähendused

Sõna "vahetada" võib tähendada ka kahe asja vahel vahetamist. Näiteks raudteeliinil võib rada mõnikord jaguneda kaheks eri rööbasteeks. Kui rong sõidab ühel liinil ja läheb üle teisele, siis on ta just teinud ümberlülituse.

Rongisüsteemi (siin metroo) lüliti.

Küsimused ja vastused

K: Mis on lülisammas?

K: Milline on kõige levinum lüliti tüüp?

K: Mida tähendab mõiste "lüliti" tavaliselt?

K: Miks on mehaanilised lülitid asendatud elektrooniliste lülititega rakendustes, kus on vaja rohkem kui ühte lülitit?

K: Kuidas nimetatakse lülitit, kui seda kasutatakse matemaatilises vormis?

K: Kuidas esitatakse loogikas argumente?

K: Mis on arvuti põhiidee?

Otsing