2005-04-21：接插件
C# 的短文还真是多，都是以前就写好了的，也许是以前给别人讲的时候就预备下的吧。晚上 11 点，照例赶在犯困之前连到网上，翻开 EMAIL 的收件箱，C# 的邮件已经到了。
活死人同学：你好！
附件中是一篇介绍“接插件”的短文，这是我们首次接触到具体的电子元件，希望你能仔细阅读，以后到电子市场买这些东西时别露怯。
我这几天事情比较多，可能到周日才能有空和你聊。另外，我给你发了快递，是一套电路板，我们以后会利用这套电路板做一些实验，最终要做出一台小电脑来，你要妥善收好。
另：快递费到付啊。
到付就到付吧，这也要提前打招呼？我打开附件中的 PDF 文件，“接插件？啥东东啊？”
接插件简介
当两个导体互相接触时就可以导电，这使得我们可以制造开关与插头插座这类电子元件，这类元件统称为“接插件”。
对于任何电子元件，我们都需要了解它的三个方面：一是电学特性（Electrical Characteristics），二是机械特性（Mechanical Characteristics）。“机械特性”这个词听上去有些费解，我们不妨把“机械特性”之中一条最重要的内容提取出来，那就是这个元件的“外形尺寸”（或者“封装”）是怎样的，这可关系到该元件如何安装到那些电子装置之中。第三就是制造这种元件所用的材料和方法，也就是这个元件之所以具有那样一种电学特性和机械特性和原因。
开关与插头插座的种类繁多，我们只是把今后需要用到的很小一部分提取出来加以介绍。在介绍具体的元件之前，我们需了解一些基本的常识。可以想到既然是靠接触导电，那么接触的是否紧密可靠就是很重要的一个指标。因此接插件使用的导体必然是有硬度有弹性的，靠弹性保证接触在一起的导体互相压紧，必要的话还要外加弹簧。我们还常常在导体互相接触的表面镀上金银等贵金属，这是为了避免金属生锈导致接触不良。
电子零件常根据适用范围不同而分等级，常见的分级有民用级、工业级和军用级。有时军用级中还会分出宇航级，也就是要求在外层空间强辐射的环境下也能正常工作。实际上在考虑核战争的前提下，军用级电子零件都应该耐辐射。不同等级对应用环境的适应性不同，可靠性要求也不一样。比如民用级要求在 -20℃ 到 +55℃ 温度范围（这个范围仅是我给的示意而非规范）内正常工作，而工业级则要求在 -40℃ 到 +85℃ 温度范围内正常工作。又比如军用级接插件对镀金层的厚度和强度要求肯定要高过工业级的，而民用级的要求应该是最低的。
我们从电子市场买到的很多廉价的接插件并不会真正镀上黄金，尽管它看上去确实是金灿灿的，但那完全是幻觉。我不知道国家标准或者行业标准是如何规定的，这样做是否合乎标准，但事实就是如此。
初中的物理实验课中接触过开关，其结构可以由图（1-a）示意，A 和 B 是两个连接电路的接点，B 接点安装着一把可摆动的“铡刀”，这把刀压下后可以和 A 接点接触，从而接通电路。这样的开关我们称为“单刀单掷”开关。而如图（1-b）所示出的，就是“单刀双掷”开关，“铡刀”可以分别压向左侧或右侧。
“刀”不仅可以做成左右摆动的形式，还可以做成转动的形式，这种形式可以做出比较多的“掷”，见图（1-c）。刀还可以做成滑动的形式，如图（1-d）所示，这种开关任意两个相邻接点均可被接通。
插头插座没有开关这么麻烦，通常插座上制成孔洞，里面有金属“卡子”，而插头就是简单的金属片（或金属针），插入插座后会被“卡子”夹住，使电路接通。需注意的是有时孔洞会做在插头上，而插座上是金属片（针），你所用的桌面电脑电源线和机箱上的电源线插座就是这样的，如图（2-a）。它搞成这样的结构是为了遵循一条基本的安全准则：经常（或可能已经）通着危险电压的导体是不允许“暴露”在外的。这是为防止发生触电事故。
另外插头插座也有一些独特的称谓，就像开关的“刀”和“掷”那样。凡是做成“孔洞”式的插头插座都被称为 “阴性” 的或者干脆说成 “母（female）” 的 那些 “针片” 式插头插座自然就是 “阳性” 的或者 “公（male）”的了，如图（2-b）所示。
了解了一些基本的知识，我们接下来就要学习一下今后将会用到的一些接插件，首先看开关有哪些。
开关
（1）拨动开关
此类开关品种极多，我们只选最为普通的单刀双掷拨动开关加以介绍，这也是以后我们会用到的。这种开关的操纵部分是一个滑块，滑块本身是绝缘的，底部安装着导体。滑块沿直线滑动，底部的导体可以将开关内部的不同触点连接在一起。这些触点分别由一个个“焊片”引出到开关外部。
拨动开关的外形常见的有两种：直柄（立式：图 3-a）和横柄（卧式：图 3-b），引脚和手柄也有长短不同的尺寸规格。图（3-c）给出了一个尺寸图，这只是截取了三视图（学习机械制造专业可知）中的主视图。如果我们设计的电子装置有外壳，那么选择开关时就要注意这些机械特性，因为要在外壳上开孔使开关的手柄露出适当的长度。
单刀双掷开关的原理图符号列在图（3-d）中，本教程的图纸中常用个性符号画法，这主要为了有趣。此类开关的电气特性，主要是两脚接通后允许流过的最大电流是多少，以及允许运用在多高电压之下。我们以后将使用此类开关控制电源通断，或产生不同的控制信号，因电压电流都不很大。此种开关随便选也能满足要求，因而不强调它的电气特性具体有多高的指标。
（2）按键开关
这是我们今后大量使用的一种开关，就是“按钮”，种类也是繁多，也只能选最普通的加以介绍。
图（4-a）是我们选用的小型按钮，长宽都只有 6mm，高度则因黑色按键柄的露出高度不同而有多种规格，我们选的是 6mm 高，常称为“6×6×6”按钮。把那个突出的黑色按键柄按下，A 和 B 两对焊片就会接通，松手后按键柄会自己弹起，A 和 B 两对焊片就断开了。至于 C 和 D（D 被挡住）两对焊片，C 和 A 其实是一根焊片，它们在按钮内部是一体的，D 和 B 也是一根。
图（4-b）是一种大尺寸的按钮，长宽为 12mm，高度也有多种规格，结构与图（4-a）一样。这两种按钮还有半尺寸大的，就是把 4 引脚变成 2 引脚，宽度减为一半。另外还有一种“自锁”式按钮开关，见图（4-c）。把钮按下后松手，钮不会自己弹起来，开关会保持在接通状态。如果想断开，需把钮再按一下才行。
图（4-d）是按钮开关常用的原理图符号，注意典型符号中下面那个，那个按钮不按下的时候是接通的，按下反而断开。我们使用按键开关产生各种控制信号，电压电流都很小，因此完全不毕考虑电气特性。
（3）拨码开关
这又是一种我们今后要用的开关，此种开关为单刀单掷，通常多个开关做成一个整体，每个开关为一 “位” ，可独立通断，常用的从两位一体到十位一体的都有，见图（5-a 。图（5-a）中的开关也被称为“DIP 开关”，因其引脚的排列和一类集成电路的引脚相似而得名。
另有旋转式的拨码开关，它不是多个单刀单掷开关组合，本质上它是一个单刀多掷开关，掷的数目是比较多的，可多到 16 位。但它的引脚数目有限，这让人困惑它是怎么工作的。此种开关内部结构略复杂，引脚上输出一个“二进制数”，它经常被称为“8421 拨码开关”。
我们以后将使用图（5-a）所示的拨码开关，仅用于产生一些低电压小电流控制信号， 对电气特性没什么严格限制。图（5-c）和图（5-d）是此种开关的原理图符号。
（4）跳线
这个东东在你的电脑主板上很常见，把它归为“开关”似乎有些不妥，不过从本质上讲它确实是当成一个单刀单（双）掷开关来用的。只是操作起来略有麻繁，需拔插那个“短路块（跳线帽）”，图（6-b）所示为短路块。多位跳线并排在一起时拔插会更不方便。当然，现在有带 “手柄” 的跳线帽，可以解决这个问题，如图（6-c）所示。 图（6-d）是跳线的原理图符号，此符号最重要的是引脚，至于引脚连接到一个方框或其它图形都无所谓。
多位跳线其实可以用一个 DIP 开关代替了，然而实际的情况是我们经常用跳线取代 DIP 开关，一则这种跳线便宜，当不需频繁通断时用跳线也不麻烦。而且跳线为电路设计者带来了灵活性，相临的插针总是可以两两接通的，不论横向还是纵向。再者，跳线的位数可多可少，没什么限制。
插座
插座并不是指日常生活中安装在墙壁上的那种，我们今后要使用的多是一些小巧型的，这类插座通常直接焊接在电路板上。
（1）排针排母
这是电路板上十分常用的接插件，有单排有双排，有直脚有弯脚，有方孔有圆孔（图 7-a） 。排针配上“短路块”就是所谓“跳线”了，当然，排针排母更常用的功能是把两块电路板连接起来。有时电路板需对外部引出电缆线，我们会将一个排针焊在电路板上当座子，然后利用“扁平（带状）电缆（后文介绍）”输出信号。
一种更规范的方法是在电路板上焊一个“牛角”座（图 7-b 上方），这种“牛角”座相当于排针外围圈了一个框，“牛角”指得是两端加的“撬杠”。由于扁平电缆的端头中部有一个突块，而牛角座的外框中部有一个豁口，所以电缆端头只能沿一个方向插入，而且由于有两个像牛角一样的撬杠，电缆端头也很容易拔出来。不过牛角座可不是想要几针就有几针的。另有一些“简易牛角”座，在排针四周有框，但没有像牛角那样的撬杠。图（7-b）下方有排针排母的原理图符号，和跳线一样，重要的是引脚而非图形形状。
（2）D 型连接器
这种接插件带有一个金属外框，框的形状像一个大写字母 D，所以叫“D 型”连接器。你的桌面电脑主机背板上通常会有一个 D 型连接器，它有 3 排共 15 个孔洞，是个母座，用于连接电脑显示器。这个座常称为 “DB15F”，其中 15 表示有 15 个引线，F 则表示“Female”。
如果你的桌面电脑够 “古老”，你还会在背板上看到其它 D 型连接器，比如有两排共 9 根针的公座（DB9M），还有两排共 25 个孔的母座（DB25F），见图（8-c）。这些连接器在很多新型电脑上都已被“USB”口取代。
很不幸的是对我们这帮研究技术的爱好者来说，那个双排 9 针的公座（DB9M）其实有很大的用处，我建议你搬过电脑机箱来看一下，如果找不到这个 9 针的公座，那么对于本教程后面的技术研究和实践来说就有点不便了。当然，我们有别的办法解决这个问题。
（3）音响连接器
最常见的音响连接器当然是耳机插头和插座了，耳机插头较简单，其直径常见 2.5mm 和 3.5mm，通常有 2 线（单声道）、3 线（立体声）和 4 线（立体声加话筒）。耳机插座种类繁杂，其口径当然是和插头配合的，关键是其内部结构花样较多。
图（9-a）是最简单的一种，只有 3 个引脚，和耳机插头配合时的连接关系用红线示意出。图（9-b）是一种复杂的，它内部带有开关，3-2 引脚在不插入插头时是接通的，我们称其为“常闭开关”，所以 3 脚的音乐可传给 2 脚连接的喇叭。当插头插入后，3-2 引脚就被撑开，3 脚的音乐经插头传给耳机，喇叭就不响了。4-5 脚同理。另有一种带“常开开关”的耳机座，插头插入后 1 和 5 脚就会接通，这可以用于接通电源或通过电路检测这个开关接通进而识别出耳机插入插座。注意图（9-d）上方的四芯插头，左右声道是不会反的，但话筒和 GND 的位置并无规范。
另有一种“RCA”插头插座，俗称“莲花”插头插座。插头中间有一根金属柱，外围是一圈金属框，有时这个金属框会制成花瓣形状，故以“莲花”称之。你的电脑如果有外接音箱，两个音箱之间应该是用这种插头座连接的。另外一般 DVD 机和电视机之间也会采用这种插头座相连。
（4）电池座与直流电源座
一般来说只有纽扣电池需要用电池座安装到电路中，但是也有相当多的纽扣电池自带焊接引脚，可以直接焊到电路中，我们在《认识电池》一文中给了一个图片。当然，焊到电路中的电池是无法更换的，可以推测这种电路耗电量极少，一个纽扣电池能用好几年。一种可能是这个设备如果取下电池，就会因为丢失了数据而失效，所以它们没必要更换电池。另一种可能是它用了充电电池，不必将电池取下更换。
5 号和 7 号电池有配套的电池盒，还有两节一体或更多节一体的，多数都是引出一段焊接线，一部分还带有开关。另有一些单节电池盒引出了正负极两个引脚，可以直接焊到电路中。对于 2 号和 1 号电池，由于体积太大，不会直接焊到电路中。原理图中只会画出电池，不会画出电池座。
直流电源座与耳机插座有一拼，图（12-a）和图（12-b）是常见的两种结构。图（12-c）是 3 个引脚的关系，电源插头（图 12-d）插入后会与 A 和 B 两个引脚接触，C 脚会自动与 B 脚断开，当插头拔出后 C 与 B 相接。这意味着 C 脚可以连接到一个由电池组成的“后备”电源上，外部供电插头拔出后电池自动接入电路中。
此种插座有外径和内径两种尺寸参数，外径是指开孔的直径，常见 5.5mm 和 3.5mm 两种。内径是指孔内那个接线柱的直径，当外径为 5.5mm 时，内径通常为 2.1mm，也有其它规格的。
（5）USB 与 PS/2 连接器
USB 插口现在已经大行其道了 哪个电脑上都得有那么一堆。你的 MP3 播放器上还有个 MINI（或者 Micro）的 USB 口，而像图（13-b）所示这种方块的 USB 座你大概没有见过。至于 PS/2 座，你的电脑背板上应该有两个的，一个紫色一个绿色，分别接键盘和鼠标器（图 13-a） 。如果你找不到这两个座子也没关系，这说明你的电脑太过“新型”了，要求你必须用 USB 的键盘和鼠标。
也许你在电脑背板上看到了一个 PS/2 座，是个阴阳脸，一半是紫色一半是绿色，这是电脑主板制造厂想舍去这种 PS/2 座而又有些纠结，所以给你留了一个，不论键盘鼠标，你都可以接在这个座上。坦白说 PS/2 座还是留着好，USB 口用于接键盘鼠标实在有些浪费了。
（6）集成电路插座
集成电路并不总是焊接到电路之中，因为有些时候它们是要“更换”的，可能是因为损坏而更换，也可能是为了 “升级”。你的桌面电脑中的 CPU，就是安装在一个插座上的（图 14-a），这个插座上带有一个锁紧杠秆，松开这个杠杆 CPU 就可以取下来，然后换一个新的上去再锁紧。
我们以后也会用到这种插座，只是外形和你电脑主板上的那个很不同，如图（14-b）所示，毕竟我们用的芯片没有那么复杂。像这类带锁紧机构的插座统称为 “ZIF 插座”，“ZIF” 意思是 “零插入力（Zero Insertion Force）”，此类插座结构复杂成本高。我们还常使用一些简易的芯片插座，如图（14-c）和图（14-d）所示，其中图（14-c）是“扁孔”的，孔内部是两个弹性金属片。图（14-d）是“圆孔”的，价格比扁孔的略贵。此类插座拔插芯片并不方便，因而不适应频繁更换芯片的应用场合。原理图中只会画出集成电路，一般不画出插座。
连接线缆
除了开关和插头插座之外，我们还要使用一些线材，典型的有“USB 连接线”，如图（15-a）所示，扁口一端称“A 型接头”，连接桌面电脑，方口一端为“B 型接头”，连接设备。图（15-b）所示为“串行（xíng）通信电缆”，通常一端为 DB9M 公头另一端为 DB9F 母头，当然有时也用两公头或两母头的。至于何为“串行通信”我们以后会讨论到。
图（15-c）所示是利用“带状电缆”（也称“扁平电缆”或“排线”）制作的连接线，这种带状电缆并列了很多根导线，线与线间是绝缘的，通常最边上有一根线是红色，这根红线连接到接头上所标的“1 号孔（针）”，有时我们买到电缆和接头自制连接线，需要注意安排好这根红线的位置。带状电缆有花色的，其中每根导线的绝缘皮有不同的颜色，这便于看出线的两端的连接关系。
图（15-d）是用“杜邦接头”制作的连接线，你的桌面电脑机箱中应该有很多这样的线，把机箱上的电源开关和硬盘灯连接到主板上。杜邦接头可以自制，塑料外壳和内部的接线卡是分离的， 买来后把导线压进线卡，再把线卡插到胶壳中即可。
小结
最后小结一下，接插件的种类实在是太多了，根本不可能完全介绍给大家，我们有时需要向厂家索要产品目录，其中不仅有产品实物照，还有机械和电气特性的说明，以便在设计电路时选择合适的零件。现在网络十分发达，一般厂商会在自家网站上公开产品信息，透过互联网获得相关信息也是很便捷的途径。