电子继电器开关电路 - NPN、PNP、N 和 P 通道继电器开关

电子继电器开关电路图及其工作原理

有多种电子电气设备被归类为输出 设备 此类设备用于控制或操作机器或设备的某些外部物理过程。这些输出设备通常称为执行器。

这些执行器将电能转换为称为力、速度等的物理单位。继电器基本上是具有两个稳定状态的二进制执行器。在本文中，我们将讨论继电器开关电路的细节 ，它的设计和特点。

什么是继电器？

这些电动开关具有各种形状、尺寸和额定功率。继电器适用于几乎所有类型的应用。继电器可以在单个封装中具有单个或多个触点。较大的功率继电器主要用于称为“接触器”的电源电压或大电流开关应用。让我们看看继电器的分类。

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继电器基本上分为两个子类，即：

机电继电器：

顾名思义，机电继电器是电磁的 设备。基本上，它将通过应用电控制信号产生的磁通量转换为拉动机械力，从而操作继电器开关内的电触点。最简单和最常见的电化学继电器形式是由缠绕在可导磁铁芯上的励磁线圈组成。这种励磁线圈也称为初级电路。

一般使用电化学继电器电气和电子控制 或开关电路 .它们要么直接安装在 PCB 板上，要么独立连接。在独立配置中，负载电流通常为一安培。

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机电继电器的构造

继电器配置为“常开”或“常闭”两种模式。一对触点称为常开（NO）或常开触点，另一组称为常闭（NC）或断开触点。

现在，在常“开”位置，触点仅在励磁电流为“ON”时闭合。在通常的“ON”位置，开关触点被拉向感应线圈。任何继电器中最重要的部分之一是线圈。该线圈将电流转换为电磁通量。这些磁通量用于机械操作继电器触点。继电器线圈最大的问题是它们是“高感性负载”。继电器线圈一般是用线圈做成的。

当电流流过线圈时，会在其周围产生自感磁场。当线圈中的电流“关闭”时，会产生很大的反电动势电压。这是由于磁通量与线圈的碰撞。与开关电压相比，感应反向电压值非常高。该电压足以损坏任何用于操作继电器的半导体器件，例如晶体管、FET 或微控制器。

注意： 这些条款“ 常开”和“常闭”或 接通和断开触点是指继电器线圈“断电”时电触点的状态，即没有电源电压连接到继电器线圈。

关于使用继电器要记住的重要一点是“不建议将继电器触点并联以处理更高的负载电流”。 Ex- 切勿尝试通过两个继电器触点并联（每个触点额定值为 5A）来为 10A 负载供电。

继电器触点由导电片构成，当接触时允许电流通过它们。它们的设计就像一个开关。一旦触点打开，触点之间的电阻就会变得非常高。这会导致开路状态，并且没有电路电流流过继电器。

经过一段时间后，电化学继电器的运动部件会磨损失效，或者持续的电弧和腐蚀可能导致继电器无法使用。此外，它们会产生电气噪声，触点会受到接触反弹的影响，这可能会影响它们所连接的电路。为了克服这种继电器的难点，开发了另一种称为固态继电器的继电器。

固态继电器：

固态继电器没有活动部件。它是一种纯电子设备。这种继电器类型没有移动部件，因为机械触点被功率晶体管、晶闸管或三端双向可控硅开关所取代。

没有任何活动部件，使继电器高度可靠、寿命长、电磁干扰小。与传统的机电继电器相比，这使得固态继电器更快、更准确。用于控制的固态继电器的输入功率要求通常足够低，可以与大多数 IC 系列兼容。

由于固态继电器的输出开关器件是半导体器件，因此“ON”时SSR输出端的电压降远高于此的机电继电器。通常，它在 1.5 – 2.0 伏之间。需要额外的散热器来长时间切换大电流。

您可以使用它们而无需添加驱动器或放大器。但是，它们必须安装在合适的散热板或材料上，以防止输出开关半导体器件过热，因为它是半导体器件。继电器开关电路的设计和类型相当庞大。据说继电器可以像简单的开关电路一样切换一个或多个极。继电器的每一极都有触点，可以通过三种不同的方式抛出：

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接力的不同投掷方式：

• 常开触点 (NO)：也称为常开触点。当继电器被激活时，该触点将闭合电路。当继电器处于非活动状态时，它会断开电路。
• 常闭触点 (NC)：这称为断触点。功能与常开触点相反。当继电器被激活时，电路断开。当继电器停用时，电路开始连接。
• 转换 (CO) / 双掷 (DT) 触点：它们用于控制带公共端子的常开触点和常闭触点。这意味着，它们用于控制两种类型的电路。根据他们的类型，它们被称为“先断后成”和“先断后续”联系人名称。

重要：

继电器设计用于两种基本操作。一种用于低压应用，另一种用于高压应用。对于低压应用，继电器设计用于降低整个电路的噪声。对于高压应用，它们主要用于减少电弧现象

几种常用的继电器切换方式：

输入输出接口模块继电器：I/O 模块）是另一种固态继电器，专门设计用于连接计算机、微控制器或 PIC 等设备到负载和开关.市场上基本上有四种类型的 I/O 模块。

这些是 TTL 或 CMOS 逻辑电平输出的 AC 或 DC 输入电压，以及 AC 或 DC 输出电压的 TTL 或 CMOS 逻辑输入。每个模块都包含所有必要的电路，以在一个设备内提供完整的接口和隔离。它们可以作为单独的固态模块提供，也可以集成到市场上的 4、8 或 16 通道设备中。

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NPN继电器开关电路：

典型的 NPN 继电器开关电路的线圈由 NPN 晶体管开关驱动。当三极管的基极电压为零时，三极管将处于截止区并充当开路开关。在这种情况下，没有集电极电流流过，继电器线圈断电。

如果没有电流流入Base，那么也没有电流流过继电器线圈。如果现在将大的正电流驱动到基极以使 NPN 晶体管的饱和区，则电流开始从基极流向发射极。

PNP继电器开关电路：

PNP继电器开关电路需要不同极性的工作电压。就其控制继电器线圈的能力而言，它类似于 NPN 继电器开关电路。例如，PNP 类型的 Collector-Emitter 电压必须为负，才能使电流从 Emitter 流向 Collector。

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N 通道继电器开关电路：

MOSFET 继电器开关操作很像双极结型晶体管 (BJT) 开关操作。操作之间的主要区别在于 MOSFET 是电压操作器件。然而，栅极与漏源通道是电隔离的。 N 沟道增强型 MOSFET 是最常用的 MOSFET 类型。栅极端子上的正电压将 MOSFET 切换为“开启”，栅极上的负电压使其“关闭”。这使其成为 MOSFET 继电器开关的理想选择。

P 通道继电器开关电路：

与 N 沟道增强型 MOSFET 不同，它仅在负栅极电压下工作。在此配置中，P 沟道的源极端子连接到+Vdd，漏极端子连接到地。两者都通过继电器线圈连接。当栅极端施加高电压电平时，P 沟道 MOSFET 将因此“关闭”。

选择合适的继电器时要记住的几点：

• 确保它们具有良好的线圈保护和接触保护
• 寻找获得监管部门批准的标准继电器
• 选择高速开关继电器
• 明智地选择联系人类型
• 确保线圈电路和继电器触点之间隔离

我们通过一个例子来了解继电器电路的工作原理：

假设，您需要使用继电器开关打开 CFL 灯泡。在这个继电器电路中，我们使用一个按钮触发一个 5V 继电器，继而完成第二个电路并打开灯。

收集以下元件来设计电路：

• 继电器 5V
• 灯泡座
• 节能灯
• 按下开/关按钮
• 性能板
• 9V 电池
• 交流电源

添加了一个典型的ON/OFF开关，用于继电器设备的切换。在上述电路中，5V 继电器由 9V 电池供电。最初，当开关打开时，没有电流流过线圈。结果，继电器的公共端口连接到“NO”（常开）触点。因此，LAMP 将保持“关闭”状态。

当开关闭合时，电流将开始流过线圈。在这里，由于电磁感应，在吸引可动电枢的线圈中产生磁场，并且 Com 端口与继电器的 NC（常闭）触点连接。结果，CFL 将变为“ON”。

与同等功率的机电继电器相比，固态继电器的主要缺点是成本较高。只有单刀单掷类型可用，“OFF”状态泄漏电流流过开关器件，“ON”状态的高电压降和功耗导致额外的散热要求。此外，典型的销售状态继电器不能切换非常小的负载电流或高频信号，如音频或视频信号。但是，这种类型的应用可以使用特殊的固态开关。

电化学继电器和固态继电器在日常生活中都非常重要。您可以根据设备中的要求选择其中任何一个。与机电继电器相比，固态继电器的前期价格相当高，而且可能令人望而生畏。

但是，这种固态继电器触点的移动是使用来自低功率输入信号的电磁力产生的。这允许完成包含大功率信号的电路。因此，固态继电器优于机电继电器。机电式继电器技术相对较旧，采用简单的机械设计方法。

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应用：

继电器应用范围很广。一些最常见的应用是：

• 继电器电路可用于实现逻辑功能
• 它们还提供安全关键逻辑
• 继电器可用于提供延时功能
• 它们用于借助低电流信号控制高电流电路

在本文中，我们讨论了不同类型的继电器、它们的工作原理和应用。现在，您对继电器及其功能有了很好的了解。阅读本文后，您将可以自己设计继电器，没有任何不便。

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