圖 1 顯示了 Y 開(kāi)關(guān)的原理圖。它由一個(gè)可控開(kāi)關(guān)組成，該開(kāi)關(guān)可以改變其位置并將一個(gè)端子連接到其他兩個(gè)端子之一。

圖 1. Y 開(kāi)關(guān)原理圖

這種變化可能是由于各種性質(zhì)的動(dòng)作或刺激而發(fā)生的：手動(dòng)、機(jī)械、電氣、電子等。在沒(méi)有這種刺激的情況下，開(kāi)關(guān)保持在其靜止/斷電位置，連接所謂的公共端子(COM) 到所謂的常閉端子 (NC)。如果施加刺激，開(kāi)關(guān)會(huì)切換到其活動(dòng)/通電位置，將 COM 端子連接到所謂的常開(kāi)端子 (NO)。

Y 開(kāi)關(guān)也稱為3 路或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，這種類型的開(kāi)關(guān)通常被稱為單刀雙擲 (SPDT) 開(kāi)關(guān)。

圖 2 顯示了 Y 開(kāi)關(guān)的不同實(shí)現(xiàn)方式。從左到右，所示設(shè)備通過(guò)手動(dòng)、機(jī)械、電氣和電子方式進(jìn)行控制或操作。不用說(shuō)，也有類似的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了其他類型的開(kāi)關(guān)，如單刀單擲 (SPST)、雙刀單擲 (DPST)、雙刀雙擲 (DPDT) 等。

圖 2. 從左到右，Y 開(kāi)關(guān)旨在手動(dòng)、機(jī)械、電動(dòng)和電子操作

任何電動(dòng)開(kāi)關(guān)通常都稱為繼電器（圖 2 中右起第二列）。與其他形式的開(kāi)關(guān)一樣，機(jī)電繼電器有多種類型，包括 SPST、SPDT、DPST、DPDT 等。

圖 3 顯示了 Y 或 SPDT 繼電器的示意圖。使開(kāi)關(guān)的 COM 端子在 NC 和 NO 端子之間翻轉(zhuǎn)的電刺激（輸入信號(hào)）連接到標(biāo)記為 S（意思是“選擇”）的第四個(gè)端子。

圖 3. SPDT 繼電器原理圖

SPDT 繼電器是我們將在繼電器計(jì)算設(shè)計(jì)和仿真項(xiàng)目中使用的主要組件（如果不是唯一的）。至于實(shí)施/構(gòu)建階段，我目前更傾向于使用該設(shè)備的電子版本（圖 2 中的第一列），原因有很多，例如其緊湊的尺寸（每個(gè) IC 三個(gè)或四個(gè)開(kāi)關(guān)） 、極低的價(jià)格（每個(gè)開(kāi)關(guān) 3 美分）、快速原型設(shè)計(jì)（兼容面包板）、非常廣泛的數(shù)字和模擬信號(hào)電平范圍以及易于與其他電子設(shè)備耦合（如有必要）。

在 SPDT 繼電器（或電子開(kāi)關(guān)）中可用的四個(gè)端子/引腳中，只有 S 始終用作輸入。在某些使用場(chǎng)景中，COM 端充當(dāng)輸入，在這種情況下，NC 和 NO 端都充當(dāng)輸出。在其他使用場(chǎng)景中，NC 和 NO 端子充當(dāng)輸入，在這種情況下，COM 端子充當(dāng)輸出。與任何開(kāi)關(guān)一樣，一旦繼電器成為更大電路的一部分，就會(huì)自動(dòng)采用這些配置。

圖 4 說(shuō)明了上述配置。出于演示目的，左側(cè) SPDT 繼電器的 COM 端子配置為輸出。在這種情況下，NC 和 NO 端子都可以攜帶邏輯 0（深綠色）或邏輯 1（淺綠色）值，繼電器在這些端子之間進(jìn)行選擇并將所選信號(hào)傳遞到 COM 輸出。由于此繼電器顯示為未激活或斷電 (S = 0)，因此 COM 輸出反映 NC 輸入上的邏輯 0 值。

圖 4. SPDT 繼電器允許的輸入/輸出 (I/O) 配置

相比之下，右側(cè)的 SPDT 繼電器的 COM 端子配置為輸入。由于此繼電器顯示為激活或通電 (S = 1)，因此 NO 輸出反映 COM 輸入上的邏輯 1 值；同時(shí)，NC 輸出處于高阻抗 (Z) 狀態(tài)，這意味著其他繼電器可以安全地將邏輯 0 或 1 值驅(qū)動(dòng)到連接到該端子的信號(hào)（即導(dǎo)線）上。

在基于繼電器的二進(jìn)制或數(shù)字計(jì)算中，大多數(shù)繼電器（如果不是全部）在計(jì)算模塊/系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行邏輯功能并實(shí)現(xiàn)邏輯門，這與執(zhí)行電源和負(fù)載切換的獨(dú)立繼電器的通用應(yīng)用形成對(duì)比.

SPDT 繼電器之所以如此酷，是因?yàn)樗旧砭褪且粋€(gè)通用邏輯門。也就是說(shuō)，它可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)任何二輸入邏輯功能。只需意識(shí)到圖 4 左側(cè)的 SPDT 繼電器充當(dāng)多路復(fù)用器 (MUX)，就可以輕松證明這一點(diǎn)，眾所周知，該組件是一個(gè)通用邏輯門。

MUX： 如果 S 等于 0，則設(shè)置 COM 為 NC，否則設(shè)置 COM 為 NO。

相比之下，圖 4 中右側(cè)的 SPDT 繼電器充當(dāng)解復(fù)用器 (DEMUX)。

DEMUX：如果 S 等于 0，則將 NC 設(shè)置為 COM，否則將 NO 設(shè)置為 COM。

圖 5 顯示了如何使用 SPDT 繼電器實(shí)現(xiàn)任何原始邏輯門以及全加器。

圖 5. SPDT 繼電器作為實(shí)現(xiàn)任何原始邏輯門和全加器的通用邏輯門

NOT：如果 A 等于 0，則將輸出設(shè)置為 1，否則將輸出設(shè)置為 0。

AND： 如果 A 等于 0，則將輸出設(shè)置為 A (0)，否則將輸出設(shè)置為 B。

或：如果 A 等于 0，則將輸出設(shè)置為 B，否則將輸出設(shè)置為 A (1)。

XOR：如果 A 等于 0，則將輸出設(shè)置為 B，否則將輸出設(shè)置為 NOT B。

NAND： 如果 A 等于 0，則將輸出設(shè)置為 NOT A (1)，否則將輸出設(shè)置為 NOT B。

NOR：如果 A 等于 0，則將輸出設(shè)置為 NOT B，否則將輸出設(shè)置為 NOT A (0)。

XNOR： 如果 A 等于 0，則將輸出設(shè)置為 NOT B，否則將輸出設(shè)置為 B。

全加器（S = A + B + Cin）：S = A XOR B XOR Cin。如果 A XOR B 等于 0，則將 Cout 設(shè)置為 A，否則將 Cout 設(shè)置為 Cin。

作為本“構(gòu)建中繼計(jì)算機(jī)”迷你系列的第 1 部分的最后一個(gè)示例，圖 6 顯示了使用 SPDT 繼電器的 4:16 解碼器的實(shí)現(xiàn)。

圖 6. 使用 SPDT 繼電器的 4:16 解碼器實(shí)現(xiàn)