En ingeniería eléctrica, un interruptor paso a paso o relé paso a paso , también conocido como uniselector , es un dispositivo electromecánico que conmuta una ruta de señal de entrada a una de varias rutas de salida posibles, dirigidas por un tren de pulsos eléctricos.
El uso principal de los interruptores de paso fue en las primeras centrales telefónicas automáticas para enrutar llamadas telefónicas . Más tarde, se utilizaron a menudo en sistemas de control industrial. Durante la Segunda Guerra Mundial , las máquinas de cifrado japonesas, conocidas en los Estados Unidos como CORAL , JADE y PURPLE , los contenían. Los descifradores de códigos de Bletchley Park emplearon uniselectores impulsados por un motor de rotación continua en lugar de una serie de pulsos en el Colossus para criptoanalizar los cifrados alemanes de Lorenz. [1]
En un uniselector, el interruptor de pasos se mueve solo a lo largo o alrededor de un eje, aunque a menudo se operan varios conjuntos de contactos simultáneamente. En otros tipos, como el interruptor Strowger , inventado por Almon Brown Strowger en 1888, la conmutación mecánica se produce en dos direcciones, a lo largo de una red de contactos.
Los interruptores paso a paso se usaban ampliamente en telefonía y sistemas de control industrial cuando la tecnología electromecánica era primordial.
Un interruptor de paso básico es un interruptor rotatorio operado eléctricamente con un solo terminal (normalmente de entrada) y múltiples terminales (normalmente de salida). Al igual que otros interruptores rotatorios típicos, el único terminal se conecta a uno de los múltiples terminales girando un brazo de contacto, a veces llamado limpiaparabrisas, hasta la posición deseada. El movimiento de una posición a la siguiente se denomina paso a paso, de ahí el nombre del mecanismo. Utilizando la terminología tradicional, se trata de un interruptor unipolar de múltiples posiciones.
Mientras que algunos interruptores de pasos tienen solo un polo (capa de contactos), un interruptor típico tiene más; en este último caso, todos los limpiaparabrisas están alineados y se mueven juntos. Por lo tanto, una entrada con múltiples cables podría conectarse a una de múltiples salidas, en función de la recepción de un solo conjunto de pulsos. En esta configuración, los contactos giratorios se parecían a los brazos de soporte del cabezal en una unidad de disco duro moderna. Los interruptores multipolares eran comunes; algunos tenían quizás hasta una docena de polos, pero esos eran menos comunes.
La mayoría de los interruptores tienen un banco de contactos estacionarios que se extienden sobre la mitad de un cilindro, mientras que algunos tienen solo un tercio de un cilindro. El interruptor típico de "medio cilindro" tiene dos juegos de contactos de limpiaparabrisas opuestos entre sí, mientras que el tipo de "tercio de cilindro" tiene tres juegos, espaciados de manera uniforme. Para cualquier nivel dado, ambos o los tres limpiaparabrisas están conectados, por lo que no hay diferencia alguna de los dos (o tres) que se conectan. Cuando se requirió acceso a más salidas, el rotor tenía dos juegos de limpiaparabrisas opuestos entre sí pero desplazados verticalmente: en la primera media rotación se accedió a un juego de salidas; en la segunda media rotación se accedió al segundo juego de salidas.
Un electroimán hace avanzar (escalona) los limpiaparabrisas a la siguiente posición cuando se alimenta con un pulso de CC. La armadura del imán (cargada por resorte) hace funcionar un trinquete que hace avanzar un trinquete. Cuando el trinquete alcanza su recorrido completo, bloquea el trinquete para que ni él ni los limpiaparabrisas se desplacen demasiado. Cuando se desconecta la alimentación de la bobina, el resorte retrae el trinquete. Otro trinquete, a veces llamado resorte de retención, que pivota sobre el marco garantiza que los limpiaparabrisas no se muevan hacia atrás; la fricción de contacto los mantiene en su lugar. Algunos diseños de uniselector actúan al aplicar el pulso de operación; otros lo hacen al retirarlo.
En la mayoría de las aplicaciones, como la telefonía, es deseable poder devolver los limpiaparabrisas a una posición "inicial"; esto es, al comienzo de la rotación, en un extremo del conjunto de contactos fijos. Algunos interruptores tienen una leva unida al eje del limpiaparabrisas. Esta leva opera un conjunto de contactos cuando el limpiaparabrisas está en la posición inicial, que es al comienzo del lapso de rotación. Otros diseños de circuitos usaban un nivel (polo) de los contactos para llevar los limpiaparabrisas a la posición inicial, por lo que no se necesitaban contactos de retorno independientes.
Los interruptores de paso típicos tienen contactos accionados directamente por la armadura del imán de paso; estos contactos pueden servir para hacer que el imán realice un ciclo ("autopaso") y avance los limpiaparabrisas mientras se aplica energía. Los circuitos de control externos eliminan la energía cuando los limpiaparabrisas alcanzan la posición deseada; que podría ser la posición inicial.
La mayoría de los interruptores de paso hacen girar los limpiaparabrisas en una sola dirección, pero algunos son bidireccionales; estos últimos tienen un segundo imán para hacer girar los limpiaparabrisas en el sentido contrario. Una tercera variedad "enrolla" un resorte a medida que el limpiaparabrisas avanza progresivamente, y un trinquete evita que los limpiaparabrisas vuelvan a la posición inicial. Cuando el circuito ya no es necesario, otro electroimán libera el trinquete de retención; el resorte luego devuelve los limpiaparabrisas a su posición inicial.
Los interruptores de acción gradual eran bastante ruidosos durante su funcionamiento (especialmente cuando eran automáticos), porque sus mecanismos aceleraban y se detenían rápidamente para minimizar el tiempo de funcionamiento. Se podría comparar su sonido con el de algunos mecanismos de acción rápida. Sin embargo, estaban diseñados para una larga vida útil, siempre que se les hiciera un mantenimiento periódico; eran bastante confiables.
Los interruptores paso a paso de un solo eje a veces se conocen como uniselectores.
Un poco más complicado era el interruptor de dos ejes (también llamado interruptor Strowger o selector de dos movimientos en Gran Bretaña). Por lo general, un solo grupo compacto de limpiaparabrisas podía conectarse a uno de los 100 (o 200) contactos fijos diferentes, en diez niveles. Cuando el interruptor estaba inactivo, los limpiaparabrisas se desconectaban de los contactos fijos. Los limpiaparabrisas se movían hacia arriba y hacia abajo en un eje vertical y giraban dentro del banco de contactos para hacer una conexión. Un resorte, interno al eje vertical, devolvía los limpiaparabrisas a su posición inicial en la parte inferior.
Este tipo tenía dos bobinas de paso con trinquetes y trinquetes, una para elevar los limpiadores a los bancos de contactos deseados y otra para girar los limpiadores en los bancos. Estos se usaban comúnmente en la conmutación telefónica con diez bancos de diez contactos. Las bobinas eran impulsadas típicamente por los pulsos eléctricos derivados de un dial telefónico giratorio . En un selector de dos movimientos, cuando se marcaba un dígito, los limpiadores ascendían por los bancos, luego giraban automáticamente (autopaso) en el banco seleccionado hasta que encontraban una salida "sin usar" para la siguiente etapa de conmutación. Los dos últimos dígitos marcados operaban el interruptor del conector ( selector final en Gran Bretaña). El penúltimo dígito hacía que los limpiadores subieran y el último dígito hacía que giraran en el banco hasta la salida de la línea del cliente llamado. Si la línea estaba inactiva, se aplicaba voltaje de llamada a la línea llamada y se enviaba un tono de llamada a la línea que llamaba.
Otra variante del interruptor de dos ejes fue el interruptor XY de Stromberg-Carlson , que era bastante común en las centrales telefónicas del oeste de los EE. UU. Se trataba de un mecanismo plano y los contactos móviles se movían tanto de lado a lado como hacia adelante y hacia atrás. Era bastante fiable y podía ser mantenido por personas con una formación mínima.
Los interruptores de pasos se utilizan en una variedad de aplicaciones, además de los sistemas telefónicos. Al conectar varios en serie con la salida más alta de uno yendo al contacto de paso del siguiente, se podría construir un contador . O al alimentar el contacto de paso con un tren de pulsos sin fin a través de un relé , y controlar el relé desde la propia salida del interruptor, se puede hacer que busque automáticamente la primera línea sin alimentación (o con alimentación, dependiendo de si el relé está normalmente abierto o normalmente cerrado ). También se podrían utilizar como un demultiplexor , de modo que dos líneas de entrada podrían controlar varios dispositivos de salida. Una línea de entrada activa el interruptor hasta que se selecciona el dispositivo correcto, y la otra luego alimenta ese dispositivo. Son posibles muchas otras aplicaciones.
Este tipo de interruptores se utilizaron en una serie de máquinas de cifrado japonesas durante la Segunda Guerra Mundial : CORAL , JADE y PURPLE (los nombres eran estadounidenses). La máquina de descifrado de códigos británica llamada Colossus utilizaba interruptores rotatorios de pasos, que se utilizaron para descifrar el cifrado alemán de Lorenz.
