РазноеРеле на транзисторе: ТРАНЗИСТОР ВМЕСТО РЕЛЕ

Реле на транзисторе: ТРАНЗИСТОР ВМЕСТО РЕЛЕ

Содержание

Реле и транзисторы: как они работают в качестве электронных переключателей | hardware

Меня часто спрашивают, как управлять с помощью микроконтроллера мощными потребителями тока — лампами, питающимися от сети 220 В, мощными тенами. В этой статье собран материал по работе электронных ключей — как они устроены, как работают, как их можно применить в радиолюбительской практике (перевод [1]).

Сначала стоит разобраться в том, что же такое электронный ключ? В сущности это просто выключатель (или переключатель) который замыкает/размыкает сильноточную цепь по внешнему электрическому сигналу (тоже входной ток, но намного меньшей мощности). Обычно, когда на вход электронного ключа подается слабый ток управления, ключ замыкается и пропускает через себя мощный ток в силовой цепи. Когда ток управления пропадает, то ключ размыкается и мощный потребитель тока отключается. На фото представлены основные представители электронных ключей — реле и транзисторы.

1 — мощный транзистор IRFP450 MOSFET, который можно применять в ключевых источниках питания, в генераторах развертки ЭЛТ-мониторов.

2IRF840B, тоже довольно мощный транзистор, собрат IRFP450. Может безопасно, продолжительное время, без использования радиатора (или охлаждающего вентилятора) коммутировать токи до 8A при напряжении 500V.

UPD140601: как верно прокомментировал Ross, на самом деле без радиатора IRF840 долго в таких рабочих условиях не протянет, потому что рассеиваемая мощность превысит 50 Вт. Если взять транзистор с сопротивлением канала на 2 порядка меньше, тогда другое дело.

3 — два простых, дешевых транзистора. Слева транзистор структуры PNP, а справа NPN. Эти транзисторы могут управлять током до 0.15A при напряжении 50 .. 90V.

Обычно транзисторы могут коммутировать ток от 0.15A до 14A при напряжении от 50V до 500V (см. даташит на каждый конкретный транзистор), так что транзистор может переключить мощность до 7 киловатт, если на вход транзистора приложить совсем маленькую мощность — несколько милливатт.

Приведенные на фото реле могут коммутировать токи от 5A до 15A при напряжении до 240V. Не очень правильно будет сравнивать реле с транзисторами MOSFET, но они почти не генерируют тепло и не нуждаются в радиаторах.

4 — самое простое реле, подходящее для большинства случаев. У этого реле 5 ножек, две подключены к обмотке, а еще три — к контактам на переключение.

5 — мощное реле на 20A, вытащенное из микроволновой печи.

6 — два реле, установленные на приемный радиомодуль (может обучаться на срабатывание от нужного приходящего по радио кода). Сам приемник потребляет меньше 5mA, но может при этом переключить ток до 12A при напряжении 36V, что составит 360 ватт!

7 — два мощных 135-ваттных транзистора 2N3055 от старого усилителя звука, со своим родным радиатором. Это устаревшие биполярные транзисторы, и они не настолько эффективны, как современные транзисторы MOSFET. Однако два таких транзистора в некоторых случаях могут заменить один IRFP450, чтобы коммутировать больше 75 ватт мощности.

8 — приемник кода RC от большой детской радиоуправляемой игрушки — автомобиля. Использует два одинаковых реле для прямого и обратного хода двигателя машинки. Странно, что эти реле системы SPDT, что означает, что у них не используются контакты N/C.

9 — два реле системы DPDT, которые эквивалентны 4 отдельным реле (в каждом из этих реле по 2 контактные группы).

Электронные ключи применяются в тех случаях, когда использование простых кнопок и выключателей неудобно или невозможно — например, для запуска автомобильного стартера, или для выключения ядерного реактора, или в электронных проектах, которые по радиосигналу могут управлять включением/выключением освещения или приводом гаражной двери. В этом руководстве будет сделана попытка объяснить самым простым языком, как работают такие электронные ключи. И начнем с самого простого — реле.

[Что такое электронное реле]

Если коротко, то реле представляет из себя электромагнит, который управляет замыканием контактов. Работает это точно так же, как если бы контакты замыкались механическим нажатием кнопки, но в случае реле усилие для замыкания берется от магнитного поля обмотки реле. Выходные контакты реле могут управлять очень большой электрической мощностью — на порядки большей, чем прикладываемая мощность к обмотке электромагнита реле. При этом входная цепь обмотки (где действует слабый управляющий ток) полностью изолирована от выходной мощной цепи, что очень важно для безопасного управления высоковольтными нагрузками (220, 380 V и выше).

Чаще всего у реле есть 5 контактов — вход 1 (на анимационном рисунке помечен +), вход 2 (на рисунке помечен как -), COM (COMmon, общий контакт), N/O (Normally Open, по умолчанию разомкнуто, когда обмотка не получает питание), N/C (Normally Closed, по умолчанию замкнуто, когда обмотка не получает питание).

Чтобы лучше понять работу реле, вспомним, что эти контакты означают и для чего нужны:

Вход 1: один из концов обмотки электромагнита реле, в нашем примере это вход для положительного полюса входного тока для обмотки. Когда на этот контакт приложен плюс напряжения (достаточного, чтобы реле сработало) относительно контакта Вход 2, то реле переключает контакты в активное состояние. Почти все реле нечувствительны к полярности входного тока, поэтому можно на Вход 1 подать +, а на Вход 2 подать минус, и наоборот, на Вход 1 подать -, а на Вход 2 подать +, и в любом случае реле нормально сработает. Некоторые реле, которые имеют массивный инерционный якорь, могут даже срабатывать от переменного входного напряжения (подробности см. в паспорте на реле).

Вход 2: другой конец обмотки электромагнита реле. Все то же самое, что и для Вход 1, только полюс в нашем примере отрицательный.
COM: это общий электрод выходных контактов переключателя. При срабатывании или отпускании реле этот контакт перекидывается на контакт N/O или N/C (контакты N/O и N/C работают в противофазе, т. е. COM может быть замкнут либо на N/O, либо на N/C). Контакт COM (как и контакты N/O и N/C) можете использовать по своему усмотрению для коммутации электрической нагрузки.
N/C: контакт, который нормально замкнут на COM. Т. е. контакт N/C замкнут на COM, когда обмотка реле обесточена. Когда на обмотку реле подано рабочее напряжение, то контакты N/C и COM размыкаются.
N/O: контакт, который нормально разомкнут с COM. Т. е. когда обмотка реле обесточена, то контакты N/O и COM разомкнуты. Когда на обмотку реле подано рабочее напряжение, то контакты N/O и COM замыкаются.

Для улучшения токопроводимости и уменьшения искрения поверхности контактов часто покрывают специальными металлами и сплавами на основе серебра, никеля, ванадия, а иногда для покрытия контактов применяется даже золото или платина (если это реле для коммутации сигналов в качественной аудиоаппаратуре или высокочастотной радиотехнике).

Если у Вас есть 9V батарейка (например «Крона») и обычное реле, то попробуйте подключить обмотку реле к + и — батарейки. При подключении Вы услышите щелчок, который происходит из-за притягивания якоря реле к сердечнику электромагнита и переключения контактов. При отключении обмотки от батарейки произойдет также щелчок, но слабее. При отключении контакта обмотки от батареи Вы также увидите искру, которая возникает от ЭДС самоиндукции обмотки реле.

Если принцип переключения контактов все еще непонятен для Вас, то его можно представить к виде псевдокода и иллюстрирующей процесс анимационной картинки:

Если input = on (Power ON, через обмотку течет ток)
   COM + N/O (COM замкнут на N/O)
Иначе (Power OFF, обмотка обесточена)
   COM + N/C (COM замкнут на N/C)

[Как использовать реле]

Как было уже упомянуто, реле используется для того, чтобы маломощные устройства (электронные компоненты, устройства) могли включать и выключать устройства, которые потребляют намного больше энергии. Самый распространенный пример применения — автомобиль. Теперь Вас не должно удивлять, почему Вы слышите щелчки при включении индикаторной лампочки, потому что Вы знаете — это срабатывает электромагнит реле. Мигания лампочки может создавать маленькая микросхема таймера, например 555 timer (NE555, LM555).

Таймер 555 часто используется для создания импульсов (для простого включения и выключения) на любую нужную длительность, однако эта микросхема 555 сгорит, если будет пропускать через себя ток больше 200 ма. Так что невозможно просто так, без реле, подключить индикаторные лампочки к таймеру 555, потому что даже самые маломощные лампочки потребляют 700 ма и более. Теперь, если мы будем использовать таймер 555 для включения реле, то контактами реле можно запитывать мощные индикаторные лампочки. В этом случае через микросхему таймера будет течь ток около 50 .. 100 ма, что вполне безопасно, а в силовой цепи, питающей индикаторные лампочки, могут течь токи до 5А.

Если у Вас дорогая, новая машина, то мало шансов, что Вы услышите щелчки при мигании индикаторных ламп, поскольку современная тенденция — применять везде, где можно, мощные транзисторы MOSFET, а в качестве индикаторных ламп ставить экономичные светодиоды.

На интерактивной flash-анимации показан простой сценарий, в котором используются оба контакта N/O и N/C, чтобы включать либо красную, либо зеленую лампу (в зависимости от того, запитана обмотка реле, или нет). Наведите курсор мыши на серый выключатель, и нажмите левую кнопку мыши. При этом красная лампа погаснет, а зеленая загорится.

На следующем рисунке показан пример использования реле вместе с таймером NE555.

Кратковременное замыкание кнопки S1 запускает формирование длительной выдержки времени, в течение которого реле включено, и замыкает контакты NO и C. По окончании времени выдержки схема возвращается в исходное состояние, реле обесточивается, и становятся замкнутыми контакты NC и C. Такое устройство можно использовать для включения освещения на лестнице — по истечении заданного времени свет автоматически выключится. RC-цепочка, подключенная к выводам 6 и 7 таймера NE555, определяет выдержку времени. Диод, подключенный параллельно обмотке реле, защищает микросхему таймера NE555 от опасного выброса ЭДС самоиндукции, которое возникает при обесточивании обмотки реле (обмотка обладает значительной индуктивностью). Чтобы схема работала нормально, выбирайте подходящее реле — с током срабатывания не более 200mA (это максимум, который позволяет выход микросхемы таймера) при напряжении от 4.5 до 11 вольт. Напряжение питания схемы подберите в соответствии с параметрами реле — от 5 до 12 вольт.

Вместо микросхемы таймера NE555 можно использовать любой микроконтроллер AVR, например ATmega32A или ATtiny85 [4]. Микроконтроллер точно так же, как и таймер 555, может переключать свой выход с 0 на 1. Однако имейте в виду, что выходной допустимый ток у микроконтроллера существенно меньше, а выходное напряжение может меняться только в пределах от 0 до 5V. Например, для ATmega32A выходной ток не может превышать 40mA на один порт. Поэтому в общем случае для усиления порта микроконтроллера используют транзисторные ключи [2]. Вход транзисторного ключа подключен к микроконтроллеру, а выход — к обмотке реле.

[Что такое транзистор]

В предыдущем разделе мы упомянули транзисторы в качестве усилителя / буфера сигналов от микроконтроллера. Но не успели разобраться, как транзисторы выглядят и по какому принципу работают. На фото показан внешний вид транзисторов различного назначения.

Транзистор на сегодняшний день все еще часто используется в электронных схемах, и он является одним из элементарных компонентов радиоэлектроники (наряду с диодами, резисторами и конденсаторами). Несмотря на то, что принцип работы транзистора для новичка трудно понять с первого раза, транзистор по сути очень прост и очень хорошо работает вместе с реле. Как Вы уже наверное заметили, у транзистора 3 ножки, и простые биполярные транзисторы бывают двух типов: PNP и NPN.

Самыми первыми появились транзисторы PNP, и они изготавливались на основе полупроводника германия. Потом освоили изготовление транзисторов из кремния, и более распространенными стали транзисторы структуры NPN. Транзисторы обеих структур (PNP и NPN) работают по одинаковому принципу, отличие только в полярности рабочего напряжения питания, и в некоторых параметрах. В настоящее время чаще используют транзисторы NPN.

В ключевых схемах назначение транзистора то же самое, что и у реле. Когда слабый открывающий ток течет через эмиттерный переход (между базой Б и эмиттером Э), то канал между коллектором (К) и эмиттером (Э) открывается, и может пропускать ток больше базового в десятки и сотни раз. Эмиттер в этом случае играет роль общего электрода, и для транзисторов NPN в ключевом режиме эмиттер часто подключен к общему отрицательному проводу питания, к земле GND.

Транзисторы иногда используют вместо реле, и они переключают большую мощность, как и реле, от слабого сигнала. Но в отличие от реле, скорость переключения транзисторов может быть очень высокой (время перехода из выключенного состояния во включенное и наоборот очень мало), поэтому их применяют для управления звуковыми динамиками и импульсными трансформаторами в ключевых источниках питания. Большинство самых обычных транзисторов могут переключаться со скоростью 1 миллион раз в секунду. Транзисторы также выгодно отличаются от реле малыми габаритами, поэтому они могут использоваться в тех местах, где реле использовать невозможно или непрактично. Однако транзисторы могут быть повреждены сильными электромагнитными полями, статическим электричеством и перегревом, что накладывает определенные ограничения на области применения транзисторов.

[Как работает транзистор]

Транзистор работает усилителем мощности. На вход прикладывается маленькая управляемая мощность, а на выходе снимается в десятки и даже сотни раз бОльшая мощность. Это происходит за счет изменения сопротивления между выводами коллектора и эмиттера в зависимости от тока, который протекает между базой и эмиттером.

К сожалению, расположение выводов базы, эмиттера и коллектора (цоколевка) может меняться от одного типа транзистора к другому, так что для того, чтобы понять, где база, а где эмиттер и где коллектор, обращайтесь к документации на транзистор. Есть способы, позволяющие с помощью тестера определить цоколевку, но это существенно сложнее, чем просто заглянуть в даташит.

Транзисторы, в отличие от реле, могут открываться не полностью (иметь некое сопротивления канала эмиттер — коллектор), что прямо пропорционально току, протекающему через базу. Эту пропорцию называют коэффициент усиления тока транзистора, h21Э. Например, если коэффициент усиления транзистора равен 100, то при токе 1mA, протекающем через базу, ток через канал коллектор — эмиттер может достигать 100mA, что на техническом языке называют усилением. Транзистор, также в отличие от реле, может сильно нагреваться при протекании через него тока. Обычно высокий нагрев получается при большой рассеиваемой мощности на сопротивлении канала коллектор — эмиттер, когда транзистор не полностью открыт. Поэтому нагрев и потери мощности минимальные тогда, когда транзистор либо полностью закрыт, либо полностью открыт.

Все транзисторы имеют некий порог входного напряжения, по превышении которого транзистор начинает открываться. Для большинства обычных кремниевых биполярных транзисторов это напряжение составляет 0.5 .. 0.8V. Для германиевых транзисторов это напряжение меньше, и составляет около 0.2 .. 0.4V. Иногда этот порог называют напряжением отсечки. Если входное напряжение ниже напряжения отсечки, то ток через каналы база — эмиттер и коллектор — эмиттер не течет, транзистор полностью закрыт.

Также все транзисторы имеют максимальный входной ток, после превышения которого эффект усиления перестает проявляться. Т. е. выше этого порога усиление перестает проявляться, выходной ток перестает расти. При этом напряжение между базой и эмиттером близко и даже выше напряжения между коллектором и эмиттером. Такое состояние транзистора называют насыщением, и при этом считается, что транзистор полностью открыт.

В этой статье мы рассматриваем применение транзистора в качестве электронного ключа, поэтому будут использоваться только два состояния транзистора — либо он полностью закрыт (состояние отсечки тока), либо полностью открыт (состояние насыщения). Ниже приведена анимация, упрощенно показывающая общий принцип работы транзистора. Обратите внимание, что ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора, причем ток базы в 100 раз меньше тока коллектора (коэффициент усиления тока равен 100).

По этой картинке можно проще понять, почему малого тока базы достаточно, чтобы открыть силовой канал проводимости коллектор — эмиттер (потому что маленький входной ток как бы открывает вентиль основного канала). Также можно условно понять состояние насыщения — поток воды переполняет трубу, и труба не может пропустить через себя воды больше, чем позволяет диаметр трубы. Конечно же, такое представление является упрощенным, очень приблизительно отражающим реальные процессы, которые происходят в транзисторе.

[Как использовать транзистор]

Очень часто транзистор используется как электронный ключ. Когда управляющий ток течет между базой и эмиттером, открывается силовой канал между эмиттером и коллектором, сопротивление между эмиттером и коллектором резко падает. К примеру, можно включать/выключать светодиоды в зависимости от сигнала тока, приходящего от таймера 555 (как на анимации ниже) или от микроконтроллера. Между управляющим выходом таймера 555 (или выходным портом микроконтроллера) и базой транзистора почти всегда ставят токоограничивающий защитный резистор (на этой анимации для упрощения резистор не показан). Для упрощения также не показаны токоограничительные резисторы, которые должны стоять последовательно с каждым светодиодом.

Ранее уже упоминалась возможность управлять реле с помощью микроконтроллера. Для этого обычно также применяются транзисторы. Ниже приведена простая схема на транзисторе KT315 (его можно заменить аналогом на BC547), предназначенная для коммутации сетевой нагрузки 220V с помощью реле (это может быть лампа, или нагреватель, или асинхронный двигатель).

Диод VD1 нужен для предотвращения повреждения транзистора высоковольтным импульсом ЭДС самоиндукции, который возникает при обесточивании обмотки реле.

[Общие замечания по применению реле и транзисторов]

Реле бывают с самыми разными параметрами, определяющими его назначение и область применения. Чем реле мощнее (то есть чем больше ток и напряжение, которое реле может коммутировать), тем больше размеры реле из-за увеличения размеров электромагнита и контактной группы. Чем реле больше по размеру, тем оно будет требовать бОльшей мощности для управления. Поэтому старайтесь подобрать реле, наиболее подходящее Вам по параметрам.

Важно также подобрать нужное напряжение источника питания для реле. Если напряжение будет слишком низким, то реле не будет надежно срабатывать (или не будет срабатывать вовсе). Если напряжение будет слишком большим, то на обмотке реле будет рассеиваться слишком большая мощность, обмотка будет перегреваться и реле может выйти из строя. Чтобы правильно выбрать напряжение питания обмотки реле, см. параметры реле в его паспорте или даташите.

Для управления реле с помощью микроконтроллера применяйте транзисторы в качестве буферных ключей.

Вы могли бы задаться вопросом — в чем разница между мощными, обычными биполярными транзисторами и транзисторами MOSFET. Мощные транзисторы могут выдержать бОльшие токи и напряжения, и имеют специальные корпуса (обычно максимальные токи порядка 10 .. 20A, и напряжения до 600V и более). Корпус мощного транзистора рассчитан на крепление к теплоотводящей поверхности (например, радиатору). Обычные транзисторы имеют простые пластмассовые миниатюрные корпуса, и могут обычно выдерживать напряжения до 150V и токи до 2A.

Транзистор MOSFET, несмотря на то, что принцип его работы и параметры абсолютно отличаются от традиционных биполярных транзисторов, применяются для тех же целей, что и биполярные транзисторы. Ниже приведен пример схемы для управления реле на транзисторе MOSFET.

Под транзисторами MOSFET часто подразумевают мощные транзисторы. Действительно, параметры у MOSFET значительно превышают параметры биполярных транзисторов по току и напряжению. В закрытом состоянии сопротивление канала сток — исток транзисторов MOSFET близко к бесконечности, а в открытом состоянии падает практически до нуля. Поэтому транзисторы MOSFET могут безопасно работать при переключении очень больших мощностей, выделяя при этом малое количество тепла. Транзисторы MOSFET, как и биполярные, могут плавно изменять сопротивление силового канала, однако это сопротивление зависит от входного напряжения, а не от входного тока. Во многих случаях можно с небольшими модификациями схемы заменить биполярный транзистор на транзистор MOSFET. Обратная замена возможна далеко не всегда.

Меня наверное можно назвать «радиоэлектронным старьевщиком». Не могу равнодушно мимо любой выброшенной радиоэлектронной железки — хочется забрать домой, починить или хотя бы разобрать на запчасти. В старой аппаратуре можно найти реле и транзисторы, вполне работоспособные и достойные лучшей участи, чем гниение на свалке. Реле могут стоять в микроволновых печах, кондиционерах, телевизорах, холодильниках, источниках бесперебойного электропитания, музыкальных центрах, радиоуправляемых игрушках. Транзисторы встречаются почти в любой электронной аппаратуре, и последнее время все больше встречаются транзисторы с планарным монтажом на плату (SMD), а транзисторы со штыревыми выводами встречаются реже.

[Что обозначают аббревиатуры SPDT, SPST, DPST, DPDT]

Аббревиатура Расшифровка
аббревиатуры
Обозначение в Великобритании Обозначение в США Описание Графический символ
SPST Single pole, single throw One-way Two-way Простой выключатель, имеющий два положения — включено или выключено. Два контакта могут быть либо замкнуты друг с другом, либо разомкнуты. Применяется, например, для включения освещения.
SPDT Single pole, double throw Two-way Three-way Простой переключатель. Общий контакт C (COM, Common) соединяется либо с контактом L1, либо с L2.
SPCO
SPTT
Single pole changeover или Single pole, triple throw     По контактам то же самое, что и SPDT. Некоторые производители реле используют SPCO/SPTT для обозначения переключателей, имеющих выключенное среднее, центральное положение, в котором все контакты разомкнуты.
DPST Double pole, single throw Double pole Double pole То же самое, что и две отдельных контактных группы SPST, управляемые одновременно одним механизмом.
DPDT Double pole, double throw     То же самое, что и две отдельных контактных группы SPDT, управляемые одновременно одним механизмом.
DPCO Double pole changeover или Double pole, centre off     По контактам эквивалентно DPDT. Некоторые производители используют DPCO для обозначения переключателей, имеющих среднее, выключенное положение.
    Intermediate switch Four-way switch Переключатель DPDT, имеющий внутреннее соединение контактов таким образом, что переключение меняет полярность подведенного напряжения. Используется редко.

[Ссылки]

1. How Electronic Switches Work For Noobs: Relays and Transistors site:instructables.com.
2. usb-Relay — маленькое USB-устройство, управляющее включением и выключением реле.
3. Транзистор — это просто. Очень хорошие видеоуроки, объясняющие принцип работы полупроводников.
4. Доступ к портам I/O AVR на языке C (GCC, WinAVR).
5. Как работают транзисторы MOSFET.

Самая простая Электроника. Световое реле на одном транзисторе с фоторезистором. | Дмитрий Компанец

Фотореле на одном транзисторе

Фотореле на одном транзисторе

Эту схему «на минуту» могут собирать как начинающие свой путь в электронику так и Радио-любители со стажем для развлечения.

Тем не менее эта схема имеет практическое применение и может быть использована как элемент «Умного дома» — включая свет ночью и выключая в темноте.

ДЛЯ СХЕМЫ ПОНАДОБЯТСЯ :

Реле

Реле

Реле— желательно поляризованное или с «тормозной обмоткой» внутри.

Транзистор

Транзистор

Транзистор — желательно предназначенный для управления индуктивными нагрузками или содержащий защитные диоды внутри корпуса.

Фоторезистор

Фоторезистор

Фоторезистор — желательно с изменением сопротивления от 1 мегаома в темноте до 1 килоома на свету.

Резисторы

Резисторы

Резисторы (можно и без них) — маломощные, рассчитанные на ток катушки реле. Один или два — без разницы.

В нагрузке будет использована автомобильная лампочка на 12 вольт 10 ватт.

Лампочка накаливания

Лампочка накаливания

Вся схема питается либо от аккумулятора на 12 вольт, либо от блока питания на то же напряжение.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА

СХЕМА СВЕТОВОГО РЕЛЕ

СХЕМА СВЕТОВОГО РЕЛЕ

Цепь нагрузки и цепь управления в данной схеме развязаны гальванически поэтому в цепи нагрузки может быть использованы лампы любого типа и напряжения с учетом возможностей примененного реле.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Транзистор в схеме включен последовательно с катушкой реле и резистором так, что при закрытом транзисторе ток через катушку реле не протекает.
В цепи смещения транзистора подключен фоторезистор освещение которого вызывает уменьшение его сопротивления до величин позволяющих открыться транзистору и пропустить на катушку реле ток.
Если освещение достаточно для того чтобы транзистор стал открыт благодаря фоторезистору настолько что катушка реле притянув якорь замкнет контакты в управляемой цепи — реле сработает и включит/выключит цепь нагрузки.

При затемнении фоторезистор увеличит своё сопротивление и закроет транзистор — схема сработает и включит/выключит цепь нагрузки.

Диод параллельно транзистору опционален (не нужен). Динамика изменения освещенности и изменения сопротивления фоторезистора очень плавная и всплеска напряжения на катушке реле не вызывает.
Кроме того , при правильно подобранном реле (поляризованное или с тормозной обмоткой (витком)) всплески напряжения самоиндукции просто исключены.

К недостаткам данной схемы можно отнести не пороговое (плавное) увеличение тока транзистора в сумерках, что при токах в обмотке реле в пределах 20-50мА никак не повлияет на живучесть и перегрев транзистора.

Есть у этой схемы и необычные способности, но о них мы поговорим в следующий раз.
Всем удачи мира и добра!
А для тех кто паять не желает всегда найдется готовое фотореле в магазине

Управление мощной нагрузкой · Вадим Великодный

06 Jan 2017

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы (например, микроконтроллера) каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи.

Будем считать, что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой. Части схем, решающие эту задачу, называют ключами. ШИМ-регуляторы, диммеры и прочее рассматривать не будем (почти).

Условно можно выделить 3 группы методов:

  1. Управление нагрузкой постоянного тока.
    • Транзисторный ключ на биполярном транзисторе.
    • Транзисторный ключ на МОП-транзисторе (MOSFET).
    • Транзисторный ключ на IGBT.
  2. Управление нагрузкой переменного тока.
    • Тиристорный ключ.
    • Симисторный ключ.
  3. Универсальный метод.

Выбор способа управления зависит как от типа нагрузки, так и от вида применяемой цифровой логики. Если схема построена на ТТЛ-микросхемах, то следует помнить, что они управляются током, в отличие от КМОП, где управление осуществляется напряжением. Иногда это важно.

Простейший ключ

Простейший ключ на биполярном транзисторе проводимости n-p-n выглядит следующим образом.

Вход слева подключается к цифровой схеме. Если у нас цифровая схема построена на основе КМОП-логики с двухтактным («push-pull») выходом, то логическая «1» фактически означает подключение этого входа к питанию, а логический «0» — к земле.

Таким образом, при подаче «1» на вход нашей схемы ток от источника питания потечёт через резистор R1, базу и эмиттер на землю. При этом транзистор откроется (если, конечно, ток достаточно большой), и ток сможет идти через переход коллектор — эмиттер, а значит и через нагрузку.

Резистор R1 играет важную роль — он ограничивает ток через переход база — эмиттер. Если бы его не было, ток не был бы ничем ограничен и просто испортил бы управляющую микросхему (ведь именно она связывает линию питания с транзистором).

Максимальный ток через один выход микроконтроллера обычно ограничен значением около 25 мА (для STM32). В интернете можно встретить утверждения, что микроконтроллеры AVR выдерживают ток в 200 мА, но это относится ко всем выводам в сумме. Предельное допустимое значение тока на один вывод примерно такое же — 20-40 мА.

Это, кстати, означает, что подключать светодиоды напрямую к выводам нельзя. Без токоограничивающих резисторов, микросхема просто сгорит, а с ними светодиодам не будет хватать тока, чтобы светить ярко.

Обратите внимание, что нагрузка (LOAD) подключена к коллектору, то есть «сверху». Если подключить её «снизу», у нас возникнет несколько проблем.

Допустим, мы хотим при помощи 5 В (типичное значение для цифровых схем) управлять нагрузкой в 12 В. Это значит, что на базе мы можем получить максимум 5 В. А с учётом падения напряжения на переходе база — эмиттер, на эмиттере будет напряжение ещё меньше. Если падение напряжения на переходе равно 0,7 В,то получаем, что на нагрузку остаётся только 4,3 В, чего явно недостаточно. Если это, например, реле, оно просто не сработает. Напряжение не может быть выше, иначе тока через базу вообще не будет. Наличие падения напряжения на нагрузке также приведёт к уменьшению тока через базу.

Для расчёта сопротивления R1 нужно вспомнить соотношение для упрощённой модели транзистора:

\[I_к = \beta I_б.\]

Коэффициент \(\beta\) — это коэффициент усиления по току. Его ещё обозначают \(h_{21э}\) или \(h_{FE}\). У разных транзисторов он разный.

Зная мощность нагрузки \(P\) и напряжение питания \(V\), можно найти ток коллектора, а из него и ток базы:

\[I_б = \frac1{\beta} \frac{P}{V}.\]

По закону Ома получаем:

\[R_1 = \frac{V}{I_б}.\]

Коэффициент \(\beta\) не фиксированная величина, он может меняться даже для одного транзистора в зависимости от режима работы, поэтому лучше брать значение тока базы при расчёте чуть больше, чтобы был запас по току коллектора. Главное помнить, что ток базы не должен превышать предельно допустимое для микросхемы.

Также важно при выборе модели транзистора помнить о предельном токе коллектора и напряжении коллектор — эмиттер.

Ниже как пример приведены характеристики некоторых популярных транзисторов с проводимостью n-p-n.

Модель \(\beta\) \(\max\ I_{к}\) \(\max\ V_{кэ}\)
КТ315Г 50…350 100 мА 35 В
КТ3102Е 400…1000 100 мА 50 В
MJE13002 25…40 1,5 А 600 В
2SC4242 10 7 А 400 В

Модели выбраны случайно, просто это транзисторы, которые легко найти или откуда-то выпаять. Для ключа в рассматриваемой схеме, конечно, можно использовать любой n-p-n-транзистор, подходящий по параметрам и цене.

Доработка схемы

Если вход схемы подключен к push-pull выходу, то особой доработки не требуется. Рассмотрим случай, когда вход — это просто выключатель, который либо подтягивает базу к питанию, либо оставляет её «висеть в воздухе». Тогда для надёжного закрытия транзистора нужно добавить ещё один резистор, выравнивающий напряжение между базой и эмиттером.

Кроме того, нужно помнить, что если нагрузка индуктивная, то обязательно нужен защитный диод. Дело в том, что энергия, запасённая магнитным полем, не даёт мгновенно уменьшить ток до нуля при отключении ключа. А значит, на контактах нагрузки возникнет напряжение обратной полярности, которое легко может нарушить работу схемы или даже повредить её.

Совет касательно защитного диода универсальный и в равной степени относится и к другим видам ключей.

Если нагрузка резистивная, то диод не нужен.

В итоге усовершенствованная схема принимает следующий вид.

Резистор R2 обычно берут с сопротивлением, в 10 раз большим, чем сопротивление R1, чтобы образованный этими резисторами делитель не понижал слишком сильно напряжение между базой и эмиттером.

Для нагрузки в виде реле можно добавить ещё несколько усовершенствований. Оно обычно кратковременно потребляет большой ток только в момент переключения, когда тратится энергия на замыкание контакта. В остальное время ток через него можно (и нужно) ограничить резистором, так как удержание контакта требует меньше энергии.

Для этого можно применить схему, приведённую ниже.

В момент включения реле, пока конденсатор C1 не заряжен, через него идёт основной ток. Когда конденсатор зарядится (а к этому моменту реле перейдёт в режим удержания контакта), ток будет идти через резистор R2. Через него же будет разряжаться конденсатор после отключения реле.

Ёмкость C1 зависит от времени переключения реле. Можно взять, например, 10 мкФ.

С другой стороны, ёмкость будет ограничивать частоту переключения реле, хоть и на незначительную для практических целей величину.

Пример расчёта простой схемы

Пусть, например, требуется включать и выключать светодиод с помощью микроконтроллера. Тогда схема управления будет выглядеть следующим образом.

Пусть напряжение питания равно 5 В.

Характеристики (рабочий ток и падение напряжения) типичных светодиодов диаметром 5 мм можно приблизительно оценить по таблице.

Цвет \(I_{LED}\) \(V_{LED}\)
Красный 20 мА 1,9 В
Зеленый 20 мА 2,3 В
Желтый 20 мА 2,1 В
Синий (яркий) 75 мА 3,6 В
Белый (яркий) 75 мА 3,6 В

Пусть используется белый светодиод. В качестве транзисторного ключа используем КТ315Г — он подходит по максимальному току (100 мА) и напряжению (35 В). Будем считать, что его коэффициент передачи тока равен \(\beta = 50\) (наименьшее значение).

Итак, если падение напряжения на диоде равно \(V_{LED} = 3{,}6\,\textrm{В}\), а напряжение насыщения транзистора \(V_{CE} = 0{,}4\,\textrm{В}\) то напряжение на резисторе R2 будет равно \(V_{R2} = 5{,}0 — 3{,}6 — 0{,}4 = 1\,\textrm{В}\). Для рабочего тока светодиода \(I_{LED} = 0{,}075\,\textrm{А}\) получаем

\[R_2 = \frac{V_{R2}}{I_{LED}} = \frac{1}{0{,}075} \approx 15\,\textrm{Ом}.\]

Значение сопротивление было округлено, чтобы попасть в ряд E12.

Для тока \(I_{LED} = 0{,}075\,\textrm{А}\) управляющий ток должен быть в \(\beta = 50\) раз меньше:

\[I_б = \frac{I_{LED}}{\beta} \approx 1{,}5\,\textrm{мА}.\]

Падение напряжения на переходе эмиттер — база примем равным \(V_{EB} = 0{,}7\,\textrm{В}\).

Отсюда

\[R_1 = \frac{V — V_{EB}}{I_б} \approx 2{,}7\,\textrm{кОм}\]

Сопротивление округлялось в меньшую сторону, чтобы обеспечить запас по току.

Таким образом, мы нашли значения сопротивлений R1 и R2.

Транзистор Дарлингтона

Если нагрузка очень мощная, то ток через неё может достигать нескольких ампер. Для мощных транзисторов коэффициент \(\beta\) может быть недостаточным. (Тем более, как видно из таблицы, для мощных транзисторов он и так невелик.)

В этом случае можно применять каскад из двух транзисторов. Первый транзистор управляет током, который открывает второй транзистор. Такая схема включения называется схемой Дарлингтона.

В этой схеме коэффициенты \(\beta\) двух транзисторов умножаются, что позволяет получить очень большой коэффициент передачи тока.

Для повышения скорости выключения транзисторов можно у каждого соединить эмиттер и базу резистором.

Сопротивления должны быть достаточно большими, чтобы не влиять на ток база — эмиттер. Типичные значения — 5…10 кОм для напряжений 5…12 В.

Выпускаются транзисторы Дарлингтона в виде отдельного прибора. Примеры таких транзисторов приведены в таблице.

Модель \(\beta\) \(\max\ I_{к}\) \(\max\ V_{кэ}\)
КТ829В 750 8 А 60 В
BDX54C 750 8 А 100 В

В остальном работа ключа остаётся такой же.

Простейший ключ

В дальнейшем полевым транзистором мы будет называть конкретно MOSFET, то есть полевые транзисторы с изолированным затвором (они же МОП, они же МДП). Они удобны тем, что управляются исключительно напряжением: если напряжение на затворе больше порогового, то транзистор открывается. При этом управляющий ток через транзистор пока он открыт или закрыт не течёт. Это значительное преимущество перед биполярными транзисторами, у которых ток течёт всё время, пока открыт транзистор.

Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET (даже для двухтактных схем). Это связано с тем, что n-канальные транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики.

Простейшая схема ключа на MOSFET приведена ниже.

Опять же, нагрузка подключена «сверху», к стоку. Если подключить её «снизу», то схема не будет работать. Дело в том, что транзистор открывается, если напряжение между затвором и истоком превышает пороговое. При подключении «снизу» нагрузка будет давать дополнительное падение напряжения, и транзистор может не открыться или открыться не полностью.

Несмотря на то, что MOSFET управляется только напряжением и ток через затвор не идёт, затвор образует с подложкой паразитный конденсатор. Когда транзистор открывается или закрывается, этот конденсатор заряжается или разряжается через вход ключевой схемы. И если этот вход подключен к push-pull выходу микросхемы, через неё потечёт довольно большой ток, который может вывести её из строя.

При управлении типа push-pull схема разряда конденсатора образует, фактически, RC-цепочку, в которой максимальный ток разряда будет равен

\[I_{разр} = \frac{V}{R_1},\]

где \(V\) — напряжение, которым управляется транзистор.

Таким образом, достаточно будет поставить резистор на 100 Ом, чтобы ограничить ток заряда — разряда до 10 мА. Но чем больше сопротивление резистора, тем медленнее он будет открываться и закрываться, так как постоянная времени \(\tau = RC\) увеличится. Это важно, если транзистор часто переключается. Например, в ШИМ-регуляторе.

Основные параметры, на которые следует обращать внимание — это пороговое напряжение \(V_{th}\), максимальный ток через сток \(I_D\) и сопротивление сток — исток \(R_{DS}\) у открытого транзистора.

Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов.

Модель \(V_{th}\) \(\max\ I_D\) \(\max\ R_{DS}\)
2N7000 3 В 200 мА 5 Ом
IRFZ44N 4 В 35 А 0,0175 Ом
IRF630 4 В 9 А 0,4 Ом
IRL2505 2 В 74 А 0,008 Ом

Для \(V_{th}\) приведены максимальные значения. Дело в том, что у разных транзисторов даже из одной партии этот параметр может сильно отличаться. Но если максимальное значение равно, скажем, 3 В, то этот транзистор гарантированно можно использовать в цифровых схемах с напряжением питания 3,3 В или 5 В.

Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов достаточно маленькое, но следует помнить, что при больших напряжениях управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной мощности в виде тепла.

Схема ускоренного включения

Как уже было сказано, если напряжение на затворе относительно истока превышает пороговое напряжение, то транзистор открывается и сопротивление сток — исток мало. Однако, напряжение при включении не может резко скакнуть до порогового. А при меньших значениях транзистор работает как сопротивление, рассеивая тепло. Если нагрузку приходится включать часто (например, в ШИМ-контроллере), то желательно как можно быстрее переводить транзистор из закрытого состояния в открытое и обратно.

Относительная медленность переключения транзистора связана опять же с паразитной ёмкостью затвора. Чтобы паразитный конденсатор зарядился как можно быстрее, нужно направить в него как можно больший ток. А так как у микроконтроллера есть ограничение на максимальный ток выходов, то направить этот ток можно с помощью вспомогательного биполярного транзистора.

Кроме заряда, паразитный конденсатор нужно ещё и разряжать. Поэтому оптимальной представляется двухтактная схема на комплементарных биполярных транзисторах (можно взять, например, КТ3102 и КТ3107).

Ещё раз обратите внимание на расположение нагрузки для n-канального транзистора — она расположена «сверху». Если расположить её между транзистором и землёй, из-за падения напряжения на нагрузке напряжение затвор — исток может оказаться меньше порогового, транзистор откроется не полностью и может перегреться и выйти из строя.

Драйвер полевого транзистора

Если всё же требуется подключать нагрузку к n-канальному транзистору между стоком и землёй, то решение есть. Можно использовать готовую микросхему — драйвер верхнего плеча. Верхнего — потому что транзистор сверху.

Выпускаются и драйверы сразу верхнего и нижнего плеч (например, IR2151) для построения двухтактной схемы, но для простого включения нагрузки это не требуется. Это нужно, если нагрузку нельзя оставлять «висеть в воздухе», а требуется обязательно подтягивать к земле.

Рассмотрим схему драйвера верхнего плеча на примере IR2117.

Схема не сильно сложная, а использование драйвера позволяет наиболее эффективно использовать транзистор.

IGBT

Ещё один интересный класс полупроводниковых приборов, которые можно использовать в качестве ключа — это биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

Они сочетают в себе преимущества как МОП-, так и биполярных транзисторов: управляются напряжением, имеют большие значения предельно допустимых напряжений и токов.

Управлять ключом на IGBT можно так же, как и ключом на MOSFET. Из-за того, что IGBT применяются больше в силовой электронике, они обычно используются вместе с драйверами.

Например, согласно даташиту, IR2117 можно использовать для управления IGBT.

Пример IGBT — IRG4BC30F.

Все предыдущие схемы отличало то, что нагрузка хоть и была мощной, но работала от постоянного тока. В схемах была чётко выраженные земля и линия питания (или две линии — для контроллера и нагрузки).

Для цепей переменного тока нужно использовать другие подходы. Самые распространённые — это использование тиристоров, симисторов и реле. Реле рассмотрим чуть позже, а пока поговорим о первых двух.

Тиристоры и симисторы

Тиристор — это полупроводниковый прибор, который может находится в двух состояниях:

  • открытом — пропускает ток, но только в одном направлении,
  • закрытом — не пропускает ток.

Так как тиристор пропускает ток только в одном направлении, для включения и выключения нагрузки он подходит не очень хорошо. Половину времени на каждый период переменного тока прибор простаивает. Тем не менее, тиристор можно использовать в диммере. Там он может применяться для управления мощностью, отсекая от волны питания кусочек требуемой мощности.

Симистор — это, фактически двунаправленный тиристор. А значит он позволяет пропускать не полуволны, а полную волну напряжения питания нагрузки.

Открыть симистор (или тиристор) можно двумя способами:

  • подать (хотя бы кратковременно) отпирающий ток на управляющий электрод;
  • подать достаточно высокое напряжение на его «рабочие» электроды.

Второй способ нам не подходит, так как напряжение питания у нас будет постоянной амплитуды.

После того, как симистор открылся, его можно закрыть поменяв полярность или снизив ток через него то величины, меньшей чем так называемый ток удержания. Но так как питание организовано переменным током, это автоматически произойдёт по окончании полупериода.

При выборе симистора важно учесть величину тока удержания (\(I_H\)). Если взять мощный симистор с большим током удержания, ток через нагрузку может оказаться слишком маленьким, и симистор просто не откроется.

Симисторный ключ

Для гальванической развязки цепей управления и питания лучше использовать оптопару или специальный симисторный драйвер. Например, MOC3023M или MOC3052.

Эти оптопары состоят из инфракрасного светодиода и фотосимистора. Этот фотосимистор можно использовать для управления мощным симисторным ключом.

В MOC3052 падение напряжения на светодиоде равно 3 В, а ток — 60 мА, поэтому при подключении к микроконтроллеру, возможно, придётся использовать дополнительный транзисторный ключ.

Встроенный симистор же рассчитан на напряжение до 600 В и ток до 1 А. Этого достаточно для управления мощными бытовыми приборами через второй силовой симистор.

Рассмотрим схему управления резистивной нагрузкой (например, лампой накаливания).

Таким образом, эта оптопара выступает в роли драйвера симистора.

Существуют и драйверы с детектором нуля — например, MOC3061. Они переключаются только в начале периода, что снижает помехи в электросети.

Резисторы R1 и R2 рассчитываются как обычно. Сопротивление же резистора R3 определяется исходя из пикового напряжения в сети питания и отпирающего тока силового симистора. Если взять слишком большое — симистор не откроется, слишком маленькое — ток будет течь напрасно. Резистор может потребоваться мощный.

Нелишним будет напомнить, что 230 В в электросети (текущий стандарт для России, Украины и многих других стран) — это значение действующего напряжения. Пиковое напряжение равно \(\sqrt2 \cdot 230 \approx 325\,\textrm{В}\).

Управление индуктивной нагрузкой

При управлении индуктивной нагрузкой, такой как электродвигатель, или при наличии помех в сети напряжение может стать достаточно большим, чтобы симистор самопроизвольно открылся. Для борьбы с этим явлением в схему необходимо добавить снаббер — это сглаживающий конденсатор и резистор параллельно симистору.

Снаббер не сильно улучшает ситуацию с выбросами, но с ним лучше, чем без него.

Керамический конденсатор должен быть рассчитан на напряжение, большее пикового в сети питания. Ещё раз вспомним, что для 230 В — это 325 В. Лучше брать с запасом.

Типичные значения: \(C_1 = 0{,}01\,\textrm{мкФ}\), \(R_4 = 33\,\textrm{Ом}\).

Есть также модели симисторов, которым не требуется снаббер. Например, BTA06-600C.

Примеры симисторов

Примеры симисторов приведены в таблице ниже. Здесь \(I_H\) — ток удержания, \(\max\ I_{T(RMS)}\) — максимальный ток, \(\max\ V_{DRM}\) — максимальное напряжение, \(I_{GT}\) — отпирающий ток.

Модель \(I_H\) \(\max\ I_{T(RMS)}\) \(\max\ V_{DRM}\) \(I_{GT}\)
BT134-600D 10 мА 4 А 600 В 5 мА
MAC97A8 10 мА 0,6 А 600 В 5 мА
Z0607 5 мА 0,8 А 600 В 5 мА
BTA06-600C 25 мА 6 А 600 В 50 мА

С точки зрения микроконтроллера, реле само является мощной нагрузкой, причём индуктивной. Поэтому для включения или выключения реле нужно использовать, например, транзисторный ключ. Схема подключения и также улучшение этой схемы было рассмотрено ранее.

Реле подкупают своей простотой и эффективностью. Например, реле HLS8-22F-5VDC — управляется напряжением 5 В и способно коммутировать нагрузку, потребляющую ток до 15 А.

Главное преимущество реле — простота использования — омрачается несколькими недостатками:

  • это механический прибор и контакты могу загрязниться или даже привариться друг к другу,
  • меньшая скорость переключения,
  • сравнительно большие токи для переключения,
  • контакты щёлкают.

Часть этих недостатков устранена в так называемых твердотельных реле. Это, фактически, полупроводниковые приборы с гальванической развязкой, содержащие внутри полноценную схему мощного ключа.

Таким образом, в арсенале у нас достаточно способов управления нагрузкой, чтобы решить практически любую задачу, которая может возникнуть перед радиолюбителем.

  1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1. — М.: Мир, 1993.
  2. Управление мощной нагрузкой переменного тока
  3. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1
  4. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 2
  5. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3
  6. Щелкаем реле правильно: коммутация мощных нагрузок
  7. Управление мощной нагрузкой переменного тока
  8. Управление MOSFET-ами #1
  9. Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов
  10. Ключ на плечо! – особенности применения высоковольтных драйверов производства IR

Все схемы нарисованы в KiCAD. В последнее время для своих проектов использую именно его, очень удобно, рекомендую. С его помощью можно не только чертить схемы, но и проектировать печатные платы.

Все своими руками Твердотельное реле своими руками

Опубликовал admin | Дата 18 июля, 2018

Твердотельное реле (ТТР) или Solid State Relay (SSR) — это электронные устройства, которые выполняют те же самые функции, что и электромеханическое реле, но не содержит движущихся частей. Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы.

То есть вместо подвижных контактов в ТТР используются электронные полупроводниковые ключи, в которых цепи управления имеют гальваническую развязку с силовыми, коммутируемыми цепями. Благо сейчас переключательных полевых транзисторов приобрести нет никаких проблем. Таким образом, для построения твердотельного реле нам потребуется MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) транзистор, русский эквивалент термина — МОП-транзистор или полевой транзистор с изолированным затвором, и оптрон. На страницах сайта есть статьи, посвященные транзисторным ключам с оптической изоляцией – «Транзисторный ключ переменного тока»

В данной статье рассмотрен ключ для коммутации переменного тока. Используя SMD компоненты по этой схеме можно изготовить ТТР переменного тока. Часть деталей монтируется на печатной плате, которая крепится к алюминиевой положке. Транзисторы устанавливаются на подложку через слюдяные прокладки. Конденсатор С1 лучше брать или танталовый или керамический. Его емкость можно уменьшить.
Еще одна статья – «Транзисторный ключ с оптической развязкой»

В этой схеме к качестве коммутирующих транзисторов используются биполярные транзисторы разных структур.

Есть еще одна схема гальванически развязанного ключа на моп-транзисторе с защитой от предельного тока нагрузки. О нем шла речь в статье «Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе»

Все это хорошо, если напряжения, с которыми работают ТТР реализованные на MOSFET, позволяют управлять этими полевыми транзисторами. А как быть с коммутацией напряжения, например 3,3 вольта. Для открывания полевого транзистора этого напряжения явно не достаточно. Нужен какой-то преобразователь, способный поднять напряжение управления хотя бы до пяти вольт. Классический импульсный преобразователь использовать для реле – слишком громоздко. Но есть другие преобразователи – оптические, например — TLP590B.

Такие преобразователи на выходе обеспечивают напряжение порядка 9 вольт, что вполне достаточно для управления моп-транзисторами. Из документации на эти преобразователи видно, что они очень маломощные и способные отдать на выходе ток всего лишь порядка 12мкА. У моп-транзисторов есть такой параметр – Заряд затвора – Qg. Пока затвор данного транзистора не получит необходимый заряд – транзистор не начнет открываться. Скорость заряда зависит от тока, который может обеспечить цепь управления, чем больше ток управления, тем быстрее затвор получает необходимый заряд, тем быстрее открывается транзистор. Тем меньше будет время, когда коммутирующий транзистор будет находиться в активной зоне выходной характеристики – тем меньше на нем будет выделяться тепла. Но в нашем случае, когда транзистор работает не в преобразователе, на относительно высоких частотах, а в качестве реле, вкл – выкл, ток в 12 мкА будет достаточен. Правда лучше конечно выбирать ключевые транзисторы с малым зарядом затвора. Например.

Этот транзистор способен коммутировать напряжение 600В при токе стока 7А. Мощность стока при температуре +25 С — 100Вт. При этом заряд затвора Qg всего 8,2 нанокулона = 8,2nC. Для сравнения популярный транзистор IRF840 имеет Qg = 63nC.

Для управления низковольтными нагрузками можно применить транзистор irlr024zpbf. При данных режимах измерения ток стока – 5А, напряжение сток – исток – 44В, напряжение затвор – исток -5В, имеет типовое значение заряд затвора Qg = 6,6nC.

Но у меня таких транзисторов нет и я для реле использовал транзисторы IRL2505 с каналом типа n. У данного транзистора Qg = 130nC !

Другой транзистор с каналом типа р — IRF4905, у этого транзистора максимальный Qg = 180nC !!!

Схему собрал самую простую, ту что на рисунке 4

В качестве коммутирующего транзистора в этой схеме использован транзистор IRF4905 с каналом – р. Транзистор не был снабжен теплоотводом и в открытом состоянии нагревался до +60˚С при токе 2А. Напряжение 3,3В коммутировал нормально. Теперь, имея в своем распоряжении такой преобразователь, что нам мешает использовать в положительном проводе питания и транзистор с каналом n?

Результат превзошел мои ожидания. Транзистор IRF2505 без радиатора практически не грелся при токе нагрузки 4А. при напряжении на нагрузке 12,6 В В обоих экспериментах ток управления я выставил примерно 10 мА. Максимальный ток светодиода по документам – 50 мА. Больше 10 мА не стоит увеличивать ток – практически ни чего не меняется. Я очень доволен таким реле. Если описать параметры этой релюхи, применительно к электромагнитному реле, то они были бы такими. Напряжение срабатывания – какое хочешь ! Только подбирай R2. Ток срабатывания – 10 мА. Ток и напряжение коммутации – какое хочешь !!! (В разумных пределах конечно)Только подбирай транзисторы. Не слабо. Хотелось бы проверить данные устройства с коммутацией емкостных и индуктивных нагрузок. Это позже. Пока искал буквы на клавиатуре, пришла еще одна мысль. Если транзистор поставить в диагональ диодного моста, то можно коммутировать переменные напряжения. Таким реле можно коммутировать обмотки трансформаторов. Пока все. Всем удачи. К.В.Ю.

Скачать “Самодельное-твердотельное-реле” Самодельное-твердотельное-реле.rar – Загружено 1025 раз – 80 КБ

Просмотров:5 860


4.4 Замена реле MOSFET транзистором



4.4 Замена реле MOSFET транзистором

Назад в коробку

4.4 Замена реле MOSFET транзистором

Для замены электромагнитных реле можно в большинстве случаев применять МОСФЕТ транзисторы.

Рассмотрим вариант применения на примере транзисторе RFD3055 фирмы Intersil (аналогом которого являются IRF3055, PHD3055 и др.).

Транзистор имеет три вывода Затвор — З, Сток-С, Исток-И Данный транзистор явялется N-канальным о чем на его изображении указывает стрелка. Комплементарный ему H-канальный транзистор будет иметь стрелку. развернутую на 180 градусов и для него будут справедливо все сказанное, только полярности управляющих и питающих напряжений будут обратными.

Канал, по которому течет ток нагрузки расположен между выводами истока и стока. Затвор является электродом, управляющим состоянием канала.

Для N-канального транзистора при приложении на его затвор положительного напряжения относительно истока, превышающего некоторый паспортный порог произойдет резкое падение сопротивления канала — транзистор откроется. В противном случае, при напряжении на затворе относительно стока меньшем чем напряжение порога сопротивление канала резко увеличивается. На основе этих эффектови строятся схемы управления нагрузкой.

Важные для нас параметры RFD3055:

Максимально допустимое напряжение исток-сток Vdss — 60В
Максимально допустимое напряжение на затворе Vgs — от -20 до +20В
Максимально допустимый постоянный ток канала Id — 12А
Максимально допустимая рассеиваемая мощность — 53Вт
Порог затвора Vgs(th) — от +2 до +4В
Сопротивление канала в открытом состоянии Rds 0.15Ом

Рассмотрим простую схему включения:

для чего нужны все эти элементы? Rвх носит защитную функцию — затвор и канал разделяет очень тонкая полоска диэлектрика, которая может пробится статическим напряжением, поэтому достаточно поставить резистор параллельно цепи затвор-исток сопротивлением 10-100кОм, чтобы обеспечить стекание статического заряда с затвора на землю (т.к. сопротивление затвор-исток гораздо больше нашего Rвх).

R1 необходим во-первых для того, чтобы если не дай Бог по причине неисправности транзистора на выводе затвора окажется потенциал земли или питания, мы не вывели схему, управляющую транзистором из строя. Например, если мы управляем транзистором от логического элемента ТТЛ с максимально допустимым током 10мА по выходу, то при выходе из строя транзистора и пробое затвора на землю нам достаточно обеспечить для состояния логической единицы на выходе: R1=Uвых/Iвых=5В/10мА=500 Ом. Т.е. если мы поставим резистор более 500Ом, то при КЗ на выходе управляющая логика из строя выведена не будет. Во-вторых, у мощных МОСФЕТов достаточно большая емкость перехода сток-затвор и при переключении транзистора из одного состояние в другое через эту емкость на затвор текут в принципе достаточно серьезные токи, которые также могут вывести выходы управляющей логики из строя. такми образом R1 прикроет выходы от такой неприятной ситуации.

Rн — собственно сама полезная нагрузка.

В случае, если предполагается отключение нагрузки, например это может быть двигатель локомотива, то желательно Rн сделать постоянно включенным в цепь с номиналом 1кОм, например, а уже двигатель подключать к нему параллельно. Тем самым мы исключим возможность «висения в воздухе» вывода стока, что нежелательно.

Еще одна особенность. У некоторых МОСФЕТов между выводами стока и истока имеется диод, включенный в обратной полярности. Плюс такой штуки заключается в следующем — при работе с индуктивными нагрузками (двигатели, катушки) при снятии напряжения с них возникают т.н. токи самоиндукции, текущие в обратном направлении от направления рабочих токов. Так вот такой диод «прикроет» транзистор от пробоя, зашунтировав его. При построении схемы необходимо уточнить этот момент. Т.к. может получиться так, что транзистор не будет иметь такого диода и токи самоиндукции будут его выводить из строя.

Выбранный нами транзистор может работать с нагрузкой, обеспечивающей ток не более 12А.

Собственно работа схемы очень проста. При приложении на вход Вх напряжения выше порога +2…+4В через канал потечет ток, включая нагрузку. При снятии напряжения управления канал закроется, нагрузка будет обесточена.



E-mail: [email protected]

Простая схема реле времени, задержки выключения нагрузки на одном полевом транзисторе, как ее сделать.

Порой возникает необходимость в выключении тех или иных электронных устройств через определенный промежуток времени в автоматическом режиме. К примеру, всем известный электронный мультиметр типа DT830 (самая простая модель тестера) не имеет внутри себя автоматического выключения. И когда забываешь после измерений его выключать, то к следующему измерению его батарейка уже успевает полностью разрядится. Естественно, это нуждается в доработке. В более дорогостоящих мультиметрах такая функция имеется, и если тестером не пользуешься несколько минут, то он автоматически выключается. Вот эту схему, что я предлагаю на Ваше рассмотрение, как раз и можно использовать для подобных случаев. И как видно сама схема автоматического выключения электрической нагрузки через заданное время очень проста.

Ну, а для новичков поясню сам принцип действия этой схемы. Итак, по сути эта схема является схемой самого обычного реле времени, только роль реле тут выполняет полевой транзистор n-типа, с индуцируемым каналом. Как известно, полевые транзисторы подобного типа имеют три вывода – затвор, исток и сток. Канал сток-исток является силовым, через который протекает основной ток относительно большой величины.

И в изначальном состоянии, когда между управляющим каналом затвор-исток нет нужного напряжения, этот полевой транзистор закрыт. В таком состоянии его силовой переход имеет бесконечно большое сопротивление. Но как только мы подадим на управляющий канал затвор-исток нужное напряжение, то силовой канал откроется. Именно у этого транзистора (BS170), что стоит в схеме, сопротивление канала сток-исток в полностью открытом состоянии равно 5 Ом. Что для небольших нагрузок является крайне незначительным сопротивлением.

Основные характеристики полевого транзистора BS170:

» тип проводимости – n-канальный;
» максимальный ток сток-исток – до 0,5 А;
» максимальная рассеиваемая мощность – 0,83 Вт;
» пороговое напряжение открытия транзистора – 3 В;
» максимальное напряжение между сток-исток – до 60 В;
» максимальное напряжение между затвор-исток – до 20 В;
» сопротивление канало сток-исток в открытом состоянии – 5 Ом;
» максимальная температура канала – 150 °C;

Итак, на вход схемы автоматического отключения нагрузки подается постоянное напряжение от источника питания (к примеру 9 вольтовой батарейки). Плюс с входа сразу идет на выход схемы. А вот минус входа проходит через силовой переход сток-исток полевого транзистора, который в изначально состоянии полностью закрыт и не проводит через себя ток. То есть, изначально на выходе схемы отсутствует напряжение для питания нагрузки. Чтобы транзистор открылся, мы должны на его затвор подать положительный потенциал, а на исток отрицательный. Минус сразу подается на исток от источника питания, а вот плюс проходит через нормально разомкнутый выключатель B1. Параллельно управляющему переходу транзистора стоят электролитический конденсатор и подстроечный (или можно взять переменный) резистор.

Когда мы кратковременно нажимаем  переключатель B1, то полюс от источника питания поступает на затвор полевика и открывает его. При этом также происходит быстрая зарядка емкости конденсатора C1. И когда уже кнопка B1 отпущена, и через нее плюс не подается на затвор, то транзистор остается открытым из-за наличия электрического заряда на конденсаторе. Ну, а чтобы был эффект реле времени в данной схеме, то есть произошло закрытие полевого транзистора через определенное время, параллельно конденсатору стоит сопротивление, которое с некоторой скоростью разряжает его. И чем меньше будет сопротивление R1, тем быстрее разрядится конденсатор и закроется полевой транзистор.

В итоге работа схемы такова. Изначально на выходе схемы напряжения питания нагрузки отсутствует. Мы кратковременно нажимает переключатель B1. Конденсатор заряжается, а транзистор открывается, на выходе схемы появляется напряжение питания нагрузки. Поскольку резистор разряжает конденсатор, то спустя определенное время, когда величина напряжения на конденсаторе достигнет порогового уровня закрытия полевого транзистора VT1 (а это 3 вольта), то транзистор закроется и на выходе схемы пропадет напряжение питания нагрузки. Вот такая простая работа у данной схемы. Причем стоит заметить, что время ожидания схемы перед закрытием полевика зависит как от резистора, так и от емкости конденсатора. Чем больше будет емкость у конденсатора C1, и чем меньше сопротивление резистора R1, тем это время будет больше. Само же время может быть от нуля до очень много (часы, а то и больше).

Эта схема реле времени на полевом транзисторе может работать с нагрузками, у которых ток потребления до пол ампера (0,5 А). Поскольку такой максимальный ток имеет силовой переход полевого транзистора. Если этого тока Вам будет мало, то просто стоит в схему поставить другой полевой транзистор подобного типа с нужной величиной максимального тока силового перехода полевика. Естественно, при выборе обращайте внимание на сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии. По возможности его сопротивление должно быть как можно меньше. Это положительно повлияет на экономию электроэнергии и уменьшит нагрев транзистора при его работе.

Помимо этого учтите, что обычно у полевых транзисторов подобного типа максимальное напряжение перехода затвор-исток около 20 вольт. Это значит, что напряжение питания на входе схемы не должно превышать этого значения, поскольку в противном случае полевик попросту выйдет из строя. Если все же имеется такая необходимость в напряжении более 20 вольт, то параллельно переходу затвор-исток нужно поставить стабилитрон, который будет ограничивать напряжение на данном переходе полевика, что защитит его от выхода из строя. Ну, и конденсатор C1 должен быть рассчитан на напряжение чуть более, чем напряжение на входе схемы. Иначе, он также может испортится.

Видео по этой теме:

P.S. Естественно, данную схему автоматического выключения электронной нагрузки через заданное время можно использовать не только для мультиметров. Как я сказал вначале, это аналого схемы обычного реле времени, только вместо реле тут стоит полевой транзистор. Так что схема может работать с любыми электрическими, электронными нагрузками постоянного тока, которые нуждаются в автоматическом отключении через нужный интервал времени.

Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два. В общем, куда реле не целуй — везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется Ic, в наших Iк. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде 🙂 Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов. Где у него коллектор, где база, а где эмиттер. Сделать это лучше всего по даташиту или справочнику. Вот, например, кусок из даташита:

Обратите внимание на коллекторный ток — Ic = 100мА (Нам подоходит!) и маркировку выводов.

Цоколевка нашего КТ315 определяется так

Если смотреть на его лицевую сторону, та что с надписями, и держать ножками вниз, то выводы, слева направо: Эмиттер, Колектор, База.

Берем транзистор и подключаем его по такой схеме:

Коллектор к нагрузке, эмиттер, тот что со стрелочкой, на землю. А базу на выход контроллера.

Транзистор это усилитель тока, то есть если мы пропустим через цепь База-Эмиттер ток, то через цепь Колектор-Эмиттер сможет пройти ток равный входному, помноженному на коэффициент усиления hfe.
hfe для этого транзистора составляет несколько сотен. Что то около 300, точно не помню.

Максимальное напряжение вывода микроконтроллера при подаче в порт единицы = 5 вольт (падением напряжения в 0.7 вольт на База-Эмиттерном переходе тут можно пренебречь). Сопротивление в базовой цепи равно 10000 Ом. Значит ток, по закону Ома, будет равен 5/10000=0.0005А или 0.5мА — совершенно незначительный ток от которого контроллер даже не вспотеет. А на выходе в этот момент времени будет Ic=Ibe*hfe=0.0005*300 = 0.150А. 150мА больше чем чем 100мА, но это всего лишь означает, что транзистор откроется нараспашку и выдаст максимум что может. А значит наша релюха получит питание сполна.

Все счастливы, все довольны? А вот нет, есть тут западло. В реле же в качестве исполнительного элемента используется катушка. А катушка имеет неслабую индуктивность, так что резко оборвать ток в ней невозможно. Если это попытаться сделать, то потенциальная энергия, накопленная в электромагнитом поле, вылезет в другом месте. При нулевом токе обрыва, этим местом будет напряжение — при резком прерывании тока, на катушке будет мощный всплеск напряжения, в сотни вольт. Если ток обрывается механическим контактом, то будет воздушный пробой — искра. А если обрывать транзистором, то его просто напросто угробит.

Надо что то делать, куда то девать энергию катушки. Не проблема, замкнм ее на себя же, поставив диод. При нормальной работе диод включен встречно напряжению и ток через него не идет. А при выключении напряжение на индуктивности будет уже в другую сторону и пройдет через диод.

Правда эти игры с бросками напряжения гадским образом сказываются на стабильности питающей сети устройства, поэтому имеет смысл возле катушек между плюсом и минусом питания вкрутить электролитический конденсатор на сотню другую микрофарад. Он примет на себя большую часть пульсации.

Красота! Но можно сделать еще лучше — снизить потребление. У реле довольно большой ток срывания с места, а вот ток удержания якоря меньше раза в три. Кому как, а меня давит жаба кормить катушку больше чем она того заслуживает. Это ведь и нагрев и энергозатраты и много еще чего. Берем и вставляем в цепь еще и полярный конденсатор на десяток другой микрофарад с резистором. Что теперь получается:

При открытии транзистора конденсатор С2 еще не заряжен, а значит в момент его заряда он представляет собой почти короткое замыкание и ток через катушку идет без ограничений. Недолго, но этого хватает для срыва якоря реле с места. Потом конденсатор зарядится и превратится в обрыв. А реле будет питаться через резистор ограничивающий ток. Резистор и конденсатор следует подбирать таким образом, чтобы реле четко срабатывало.
После закрытия транзистора конденсатор разряжается через резистор. Из этого следует встречное западло — если сразу же попытаться реле включить, когда конденсатор еще не разрядился, то тока на рывок может и не хватить. Так что тут надо думать с какой скоростью у нас будет щелкать реле. Кондер, конечно, разрядится за доли секунды, но иногда и этого много.

Добавим еще один апгрейд.
При размыкании реле энергия магнитного поля стравливается через диод, только вот при этом в катушке продолжает течь ток, а значит она продолжает держать якорь. Увеличивается время между снятием сигнала управления и отпаданием контактной группы. Западло. Надо сделать препятствие протеканию тока, но такое, чтобы не убило транзистор. Воткнем стабилитрон с напряжением открывания ниже предельного напряжения пробоя транзистора.
Из куска даташита видно, что предельное напряжение Коллектор-База (Collector-Base voltage) для BC549 составляет 30 вольт. Вкручиваем стабилитрон на 27 вольт — Profit!

В итоге, мы обеспечиваем бросок напряжения на катушке, но он контроллируемый и ниже критической точки пробоя. Тем самым мы значительно (в разы!) снижаем задержку на выключение.

Вот теперь можно довольно потянуться и начать мучительно чесать репу на предмет того как же весь этот хлам разместить на печатной плате… Приходится искать компромиссы и оставлять только то, что нужно в данной схеме. Но это уже инженерное чутье и приходит с опытом.

Разумеется вместо реле можно воткнуть и лампочку и соленоид и даже моторчик, если по току проходит. Реле взято как пример. Ну и, естественно, для лампочки не потребуется весь диодно-конденсаторный обвес.

Пока хватит. В следующий раз расскажу про Дарлингтоновские сборки и MOSFET ключи.

Схема драйвера транзисторного реле

с формулой и расчетами

В этой статье мы всесторонне изучим схему драйвера транзисторного реле и научимся проектировать ее конфигурацию, вычисляя параметры по формулам.

Важность реле

Реле являются одним из наиболее важных компонентов электронных схем. Реле играют главную роль в реализации операций, особенно в цепях, в которых используется передача большой мощности или коммутация нагрузки сети переменного тока.

Здесь мы научимся правильно управлять реле с помощью транзистора и применим конструкцию в электронной системе для беспроблемного переключения подключенной нагрузки.


Подробное описание работы реле см. в этой статье.

Он отвечает за переключение внешней нагрузки, подключенной к его контактам, в ответ на относительно меньшую электрическую мощность, подаваемую на соответствующую катушку.

Обычно катушка наматывается на железный сердечник, когда на катушку подается небольшой постоянный ток, она возбуждается и ведет себя как электромагнит.

Подпружиненный контактный механизм, расположенный в непосредственной близости от катушки, немедленно реагирует и притягивается к электромагнитной силе катушки. По ходу контакт соединяет одну из своих пар вместе и разъединяет связанную с ним комплементарную пару.

Обратное происходит, когда постоянный ток отключается от катушки, и контакты возвращаются в исходное положение, соединяя предыдущий набор дополнительных контактов, и цикл может повторяться столько раз, сколько возможно.

Для электронной схемы обычно требуется драйвер реле, использующий каскад транзисторной схемы, чтобы преобразовывать его маломощный коммутационный выход постоянного тока в высокомощный сетевой коммутационный выход переменного тока.

Однако сигналы низкого уровня от электроники, которые могут быть получены от каскада ИС или слаботочного транзисторного каскада, могут быть неспособны напрямую управлять реле. Потому что для реле требуются относительно более высокие токи, которые обычно могут быть недоступны для источника IC или слаботочного транзисторного каскада.

Чтобы решить указанную выше проблему, для всех электронных схем, нуждающихся в этой услуге, требуется релейный контроль.

Драйвер реле — это не что иное, как дополнительная транзисторная ступень, соединенная с реле, которым необходимо управлять. Транзистор обычно используется исключительно для управления реле в ответ на команды, полученные от предыдущей ступени управления.

Принципиальная схема

Ссылаясь на приведенную выше принципиальную схему, мы видим, что конфигурация включает только транзистор, базовый резистор и реле с обратным диодом.

Однако есть несколько сложностей, которые необходимо решить, прежде чем проект можно будет использовать для требуемых функций:

Поскольку базовое управляющее напряжение на транзисторе является основным источником для управления операциями реле, его необходимо точно рассчитать для оптимальные результаты.

Величина базового резистора, прямо пропорциональная току на выводах коллектора/эмиттера транзистора, или, другими словами, току катушки реле, являющемуся нагрузкой коллектора транзистора, становится одним из основных факторов и напрямую влияет на номинал базового резистора транзистора.

Формула расчета

Основная формула для расчета базового резистора транзистора дается выражением: транзистор,

  • Us = Источник или напряжение срабатывания на базовом резисторе,
  • hFE = Коэффициент усиления по прямому току транзистора,
  • Последнее выражение, которое представляет собой «ток реле», может быть найдено путем решения следующего закона Ома :

    I = Us/R, где I — требуемый ток реле, Us — напряжение питания реле.

    Практическое применение

    Сопротивление обмотки реле можно легко определить с помощью мультиметра.

    Us также будет известным параметром.

    Предположим, что питание Us = 12 В, сопротивление катушки 400 Ом, тогда

    Ток реле I = 12/400 = 0,03 или 30 мА.

    Также можно предположить, что Hfe любого стандартного транзистора с низким уровнем сигнала составляет около 150.6) × Hfe ÷ Ток реле

    R = (12 – 0,6)150/0,03

    = 57 000 Ом или 57 К, ближайшее значение равно 56 К. приведенный выше расчет, его все же нельзя игнорировать.

    Диод следит за тем, чтобы обратная ЭДС, генерируемая катушкой реле, замыкалась через него, а не сбрасывалась в транзистор. Без этого диода обратная ЭДС попытается найти путь через коллектор-эмиттер транзистора и в ходе этого необратимо повредить транзистор в течение нескольких секунд.

    Драйвер реле Схема с использованием PNP BJT

    Транзистор лучше всего работает в качестве переключателя, когда он подключен к схеме с общим эмиттером, что означает, что эмиттер BJT всегда должен быть подключен непосредственно к линии «земли». Здесь «земля» относится к отрицательной линии для NPN и положительной линии для PNP BJT.

    Если в цепи используется NPN, нагрузка должна быть подключена к коллектору, что позволит включать/выключать его путем включения/выключения отрицательной линии.Это уже объяснялось в приведенных выше обсуждениях.

    Если вы хотите включить/выключить положительную линию, в этом случае вам придется использовать PNP BJT для управления реле. Здесь реле может быть подключено через отрицательную линию питания и коллектор PNP. Пожалуйста, смотрите рисунок ниже для точной конфигурации.

    Однако для запуска PNP потребуется отрицательный триггер в его основании, поэтому, если вы хотите реализовать систему с положительным триггером, вам, возможно, придется использовать комбинацию BJT NPN и PNP, как показано на следующем рисунке. :

    Если у вас есть какие-либо конкретные вопросы относительно вышеуказанной концепции, пожалуйста, не стесняйтесь выражать их через комментарии для получения быстрых ответов.

    Драйвер реле энергосбережения

    Обычно напряжение питания для работы реле рассчитано на оптимальное втягивание реле. Однако требуемое удерживающее напряжение обычно намного ниже.

    Обычно это даже не половина напряжения срабатывания. В результате большинство реле могут без проблем работать даже при таком пониженном напряжении, но только тогда, когда обеспечено, что при начальном напряжении срабатывания достаточно высокое для втягивания.

    Схема, представленная ниже, может быть идеальной для реле, предназначенных для работы при токе 100 мА или ниже и при напряжении питания ниже 25 В.При использовании этой схемы обеспечены два преимущества: во-первых, реле работает при очень малом токе; на 50 % меньше номинального напряжения питания, а ток снижен примерно до 1/4 фактического номинального значения реле! Во-вторых, реле с более высоким номинальным напряжением можно использовать с более низкими диапазонами питания. (Например, реле на 9 В, которое требуется для работы с 5 В от источника питания TTL).

    Видно, что цепь подключена к напряжению питания, способному идеально удерживать реле. Пока S1 открыт, C1 заряжается через R2 до напряжения питания.R1 подключен к клемме +, а T1 остается выключенным. В момент нажатия S1 база T1 подключается к общему источнику питания через R1, так что она включается и приводит в действие реле.

    Положительная клемма C1 подключается к общему заземлению через переключатель S1. Учитывая, что этот конденсатор изначально был заряжен до напряжения питания, его -клемма в этот момент становится отрицательной. Таким образом, напряжение на катушке реле в два раза превышает напряжение питания, и это приводит к срабатыванию реле.Переключатель S1 можно, конечно, заменить любым транзистором общего назначения, который можно включать и выключать по мере необходимости.

    Разница между реле и транзисторами

    Реле представляет собой выключатель с электрическим приводом. Реле обычно используются в цепи автоматического управления, как своего рода автоматический переключатель, который использует малый ток для управления большой токовой нагрузкой. Таким образом, он играет роль автоматического регулирования, защитной защиты, схемы преобразования и т. д.

    Транзистор — это своего рода твердотельное полупроводниковое устройство, которое имеет множество функций, таких как обнаружение, выпрямление, усиление, переключение, стабилизация напряжения, модуляция сигнала и так далее. В качестве переключателя переменного тока транзистор может управлять выходным током в зависимости от входного напряжения.

    Реле и транзисторы имеют аналогичную основную функцию, то есть оба играют роль электронных переключателей. Однако реле и транзисторы сильно отличаются друг от друга. Теперь давайте кратко рассмотрим различия между реле и транзисторами.

    Различные типы нагрузки, параметры напряжения и тока

    Транзистор можно подключать только к нагрузке постоянного тока, а реле можно подключать к нагрузке переменного и постоянного тока. Реле потребляют большое количество тока во включенном состоянии, а большинство транзисторов — нет. Однако реле имеет гораздо лучший номинальный ток, чем транзисторы. Грузоподъемность

    Транзисторы имеют меньшую нагрузочную способность, чем реле. При использовании транзисторов иногда добавляются другие компоненты, такие как твердотельные реле, для управления большими нагрузками.

    Перегрузочная способность

    Перегрузочная способность транзистора меньше, чем у реле. Вообще говоря, когда есть большой пусковой ток (например, лампочки, индуктивные нагрузки и т. д.), транзистор имеет меньшую перегрузочную способность и требует большего снижения номинальных характеристик.

    Скорость переключения

    Транзистор намного быстрее переключает скорость, чем реле. Транзисторы могут работать на мегагерцовых скоростях, тогда как реле работают намного медленнее на 200-герцовых скоростях.Реле обычно переключаются за 50 мс, а то и больше. Некоторые типы транзисторов могут переключаться за пикосекунды. Приложения

    Транзистор

    обычно используется на высокочастотных скоростях, таких как ПИД-регулирование температуры, управление шаговым двигателем, сервоуправление и управление электромагнитным клапаном. Транзистор в основном используется для управления позиционированием и испускания импульсов с выхода кварца.

    Реле не могут излучать импульсы, поэтому их нельзя использовать для управления позиционированием. Если реле используется для управления позиционированием шагового двигателя или серводвигателя, будет добавлен модуль позиционирования.На самом деле это не экономично. Однако сервосистемой можно управлять, просто используя транзисторный выход.

    Прочие отличия

    Реле изолированы от катушки управления. Транзисторы могут быть, но часто не изолированы от базы, затвора или триггера.

    При номинальных условиях работы реле имеют срок службы, а транзисторы только стареют без ограничения количества раз использования.

    Схема драйвера транзисторного реле в цифровом виде

    Как управлять нагрузкой с помощью цифровой схемы, такой как Arduino? Схема транзисторного реле может быть ответом для вас.

    Выходной импульс от цифровой схемы на смещенный транзистор включен.

    Затем он управляет реле в качестве переключателя ВКЛ-ВЫКЛ. Для питания любых цепей или внешних устройств.

    Реле основного применения

    Управление электронными цепями, Электрические устройства в домах или на заводах. Мы часто используем реле, во-первых. Несмотря на то, что они очень древние, реле по-прежнему находят множество применений. Потому что это просто и дешево.

    Общее реле — это механический переключатель. Его контакт замыкается, когда через катушку протекает ток.

    На приведенной ниже схеме показана простая базовая схема. Вы поймете работу реле.

    Меньшее напряжение (V1) — это максимальное напряжение, которое может получить катушка. Через R-резистор протекает слабый ток I1. Он ограничивает ток до безопасного уровня для катушки.

    Базовое использование реле

    Таким образом, когда ток течет через катушку. Затем возникает магнитное поле. Это заставляет контакты реле соединяться вместе, когда переключатель замкнут. Для подключения напряжения-V2 обеспечивает большой ток (I2) на нагрузку, как нам нужно.

    Иногда можно использовать реле с цифровой схемой. Использование выходного импульса от микроконтроллера или ИС цифровых затворов. Чтобы реле работало.

    Но самое главное, его выход слаботочный. Так что вам нужен помощник, используйте транзистор для переключения высокого тока, чтобы управлять катушкой.

    Схема драйвера большинства транзисторных реле

    В схеме ниже показана схема драйвера большинства транзисторных реле. Катушке реле нужен ток около 100 мА. А входной ток на выходе обычной цифровой схемы составляет около 2 мА.

     Схема драйвера нормального транзисторного реле

    Ограничительные резисторы-R можно рассчитать по входному напряжению и току. Например, входное напряжение 5В, Ток примерно 2 мА.

    Таким образом, Вы можете рассчитать R следующим образом:

    R = (Vin-VBE)/Iin

    Vin = 5В, VBE кремниевого транзистора около 0,7В, Iin = 2 мА

    R = (5-0,7 )/(2 мА)

    = 2150 Ом

    Таким образом, мы должны выбрать R = 2,2 К. Это стандартное значение. Купить его можно в любых магазинах.

    VBE — это напряжение между базой и эмиттером транзистора.

    Какой номер транзистора?

    В схеме выше, Вот как вы можете выбрать правильный номер. Во-первых, это транзистор типа NPN.

    Предположим, транзистор имеет усиление по току (hFE) примерно в 50 раз. Так как входной ток около 2 мА. Таким образом, получаем ток на выходе около 100 мА (2×50 = 100). Этого достаточно для нужд катушки реле.

    Существует множество транзисторов, у которых коэффициент усиления hFE больше 50.Например, 2N3053, транзистор 2N2222 и т. д.

    Затем посмотрите на таблицу: 1

    Таблица входного напряжения, выходного тока ИС, тока катушки и ограничивающего тока резистора.

    Они показывают размер любого значения.

    • Vin — входное напряжение
    • Iin — выходной ток ИС
    • Icoil — ток катушки реле
    • R — предельный токовый резистор

    . Имеют различные резисторы-R, ограничивающие правильный ток цепи.

    Катушка реле получает входное напряжение

    На рис. 3 показана схема управляющего реле, использующая входное напряжение для подачи на катушку реле, но имеющая соединение базы и эмиттера транзистора с некоторым напряжением. Который имеет значение около 0,7 вольта.

    Например вход с импульсного выхода цифровой импульс 12 вольт подавать на транзистор.

    Следовательно, мы будем иметь напряжение на катушке реле около 12В-0,7В = 11,3В и т.д.

    Напряжение катушки по входу, драйвер реле

    Рисунок 3Потому что схема эмиттерного повторителя уже будет иметь высокое входное сопротивление.

    Так что не беспокойтесь, что шум появился в результате, транзистор работает, входной ток «Iin» рассчитывается как ток, протекающий через катушку реле, деленный на коэффициент усиления транзистора.

    Например, сопротивление катушки реле равно 120 Ом.

    Коэффициент усиления транзистора, который мы используем, в 50 раз рассчитает «Iin» ниже:

    Iin = (100×10/-3)/50
    = 2 мА

    Таким образом, расчетный ток на входе равен: 2 мА.

    На каждой функции реле будет определено сопротивление катушки в единицах Ом. Итак, если мы знаем напряжение реле, мы также рассчитаем ток катушки. например напряжение реле 12 вольт.

    Сопротивление катушки реле 120 Ом позволит вычислить ток, протекающий через катушку реле. 12 разделить на 120 равно 0,1 А или 100 мА и т. д.

    Как увеличить усиление

    имеет возрастающий коэффициент усиления.При том, что очень низкий входной ток от цифровой схемы. Мы увидим, что в этой схеме мы используем транзистор в качестве соединения Дарлингтона для замены двух транзисторов.

    Увеличение коэффициента усиления по току драйвера транзисторного реле


    Рисунок 4

    Если мы используем транзистор, который увеличился примерно в 50 раз, и используем один транзистор для увеличения до 2500 раз (50×50). Так, при очень малом токе около 100 мкА, схема драйвера реле может обеспечить ток до 250 мА

    Следовательно, ток катушки 250 мА.

    Резистор-R можно рассчитать по входному напряжению, входному току и коэффициенту усиления первого транзистора.

    Например, входное напряжение-Vin равно 5 вольт,

    входной ток-Iin = 100 мкА и коэффициент усиления первого транзистора в 50 раз рассчитаем «R» следующим образом.


    Таким образом, резистор-R был рассчитан с использованием вместо этого 720 Ом или 750 Ом.

    (Значение 1,4 — это падение напряжения на комбинации выводов базы и эмиттера, измеряемое в вольтах.)

    Драйвер реле обратного состояния

    На рис. 5 показана схема драйвера реле. Что будет работать противоположно всей схеме?

    Поскольку схема на рисунках 2, 3 и 4 будет работать. Когда с выхода цифровой схемы подается на вход высокое состояние или логический «высокий».

    Но в случае с рис. 5 достигнутый вход в низкий статус или логический «низкий», чтобы заставить транзисторы работать для управления реле.

    Обратите внимание, что на 2 шт. есть резисторы.Используя резистор-R. Он рассчитывается как схема на рисунке 2.

    Резистор-R1 должен быть достаточно высоким, чтобы быть достойным, прежде чем вызвать насыщение напряжения на коллекторе и эмиттере первого транзистора.

    И должен иметь низкое значение, прежде чем вызовет второй транзистор в состояние насыщения.

    Это означает, что, несмотря на изменение входного тока, это не повлияет на выходные токи.

    Пример: Реле 12 вольт требует протекания тока через катушку реле 100 мА за счет использования транзистора, который имеет усиление в 50 раз, поэтому входной ток будет рассчитан следующим образом.

    Следовательно, входной ток-Iin, подаваемый на вторые транзисторы, равен току 2 мА, что приводит к насыщению первого транзистора при напряжении 12 вольт.

    Таким образом, R1 будет меньше расчетного значения. Здесь сопротивление R1 будет меньше 6 кОм (рассчитывается путем деления напряжения 12 вольт на ток 2 мА).

    А если первый транзистор увеличился в 50 раз, то входной ток Iвх = 100 мкА. Следовательно, ток, протекающий через R1, равен 5 мА. (Рассчитано на 50, умноженное на 100 мкА).

    Это значение тока, которое сделало бы состояние вторых транзисторов напряжением насыщения 12 вольт.

    Следовательно, R1 будет больше рассчитанного значения, при этом R1 будет больше 2,4 кОм. (Рассчитывается делением напряжения 12 вольт на ток 5 мА).

    Резистор-R1 находится в диапазоне от 2,4 до 6 кОм, который подходит для использования 4,3 кОм, правильно центрирован, чтобы поддерживать работу обоих транзисторов до насыщения.

    Все вышеперечисленные цепи Обратите внимание, что на обмотке реле установлен диод.Для предотвращения обратного напряжения от наведенного магнитного поля реле. Это приводит к повреждению транзистора. Самым диодом будет диод, который находится в общей схеме выпрямителя 1N4001 и т.д. внешние устройства затем, чтобы использовать его теперь, выбранный в соответствии со схемой.

    Как повысить напряжение для низковольтного реле

    Использование реле более распространено, чем использование источника питания постоянного тока со значением вольт, которое указано на реле.

    Для работы реле, но если у нас нет источника питания, который хочет питать реле. Эта схема помогает реле работать.

    Принцип работы схемы

    Из схемы используются два источника питания от at для прихода в работу дают реле 12В работы.

    Источник питания сначала использует 6 Вольт, когда напряжение питания входит в контакт C1 зарядка удерживается.

    Источник питания, который использует напряжение питания более 3 В, мешает работе Q1.

    Это заставляет Q2-BC558 работать, чтобы сделать контакт C Q2 иметь источник напряжения 6 В, подать питание на реле Ry1, и когда работа Q1 будет сравниваться как что-то через цепь вниз по земле.

    Это заставляет C1 что-то делать, разряжая 6 Вольт с катода конденсатора C1. Что строится с полюсом реле RY1 опять же рядом с тем, что реле RY1 имеет падение напряжения равное 12В.

    Тогда заставить работать реле RY1 и будет работать только давно? что зависит от разрядки конденсатора С1.

    Заменить часть : BC558 = BC327 = BC556 = 2N4403 PNP 40 Вольт 0.6А
    2SC458 = 2SC1815 = 2SC828 = 2SC2675 = BC337 = 2N2222

    Получить обновление по электронной почте

    Я всегда стараюсь чтобы сделать электронику Обучаться легко .

    Знакомство с транзисторами и реле

    Давайте продолжим знакомство с различными электронными компонентами. Ранее мы рассмотрели конденсаторы и катушки индуктивности . Мы также рассмотрели потенциометры , кнопки и датчики температуры в сочетании с Arduino.

    На этот раз мы кратко рассмотрим транзисторы и реле .

    Основы

    Транзистор (слева) и реле (справа).

    Сходства

    Причина, по которой мы собираемся рассмотреть эти два типа компонентов в одном посте, заключается в том, что они часто делают одно и то же. Они оба работают как электронные переключатели . Вместо того, чтобы пальцем нажимать на кнопку, они реагируют на электрический сигнал. Чаще всего они не пропускают ток, пока не получат некоторое напряжение на клемме управления (конечно, некоторые работают наоборот).

    Различия

    Несмотря на то, что базовая функциональность аналогична, приложения для них часто сильно различаются.

    Транзисторы

    Транзисторы обычно имеют три клеммы, две для входа и выхода тока и одну для управления. То, как называются эти клеммы, зависит от типа. Существует два основных типа транзисторов: BJT и FET , каждый из которых имеет несколько подтипов.

    Подборка транзисторов (источник: http://bournetocode.com)

    Транзисторы

    обычно дешевы и могут быть очень маленькими. В них нет механически движущихся частей, поэтому они могут очень быстро включаться и выключаться.С большим количеством транзисторов, соединенных вместе, вы можете создать логическую схему . И с безумным количеством безумно маленьких транзисторов, соединенных вместе, вы можете сделать компьютерные части, такие как процессоров и твердотельных накопителей . Посмотрите видео ниже, чтобы получить представление о размере транзистора, используемого в микросхемах.

     

    В ранее написанном посте о двигателях постоянного тока мы рассмотрим пример, в котором мы используем транзистор в качестве переключателя.

    Заявление об отказе от ответственности : входящий сухой технический разговор! Не стесняйтесь переходить к следующему абзацу 🙂
    При исследовании транзисторов вы найдете много разговоров о транзисторах NPN и PNP , которые могут быть довольно загадочными. Это подтипы семейства транзисторов BJT . Основное различие между NPN и PNP заключается в том, что транзисторам NPN для «включения» требуется цифровой HIGH , в то время как транзисторам PNP для «включения» требуется цифровой LOW .Как правило, вы должны размещать транзисторы NPN рядом с GND и транзисторов PNP рядом с Vcc или эквивалентным.

    Источник

    : https://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor

    Другое применение, в котором можно использовать транзисторы, — это усилители (в отличие от переключателей).

    Реле

    Традиционное реле представляет собой электромагнитный переключатель . Существует множество различных типов реле.Обычный тип имеет две пары клемм (или более), где ток через одну пару клемм замыкает переключатель между другой парой клемм.

    Чертеж 5-контактного реле без тока, протекающего через магнитную катушку. При подаче тока на клеммы катушки катушка будет тянуть якорь вниз к «нормально разомкнутой» клемме. (источник: http://glolab.com)

    Поскольку эти реле имеют механически движущиеся части, они имеют ограниченную скорость включения и выключения.У них также обычно есть максимальное количество переключений, которые они могут сделать, прежде чем они изнашиваются. Таким образом, реле , а не подходят для ШИМ и таких, где вы переключаетесь часто и / или быстро.

    Одним из основных преимуществ реле является то, что две пары клемм полностью разделены ( гальванически изолированы ). Если большие токи будут протекать без частых или быстрых переключений, реле часто является предпочтительным компонентом.

    Тот щелкающий звук, который вы слышите при включении указателя поворота на (по крайней мере) старых автомобилях, является звуком включения и выключения реле.

    У вас также есть твердотельные реле (SSR), которые работают как механические реле, за исключением того, что у них нет движущихся частей. Итак, вы получаете гальваническую развязку без механических ограничений: лучшее из обоих миров! ТТР обычно используют оптический датчик и светодиод вместо механического якоря. Однако они обычно намного дороже и работают только как переключатели, а транзисторы можно использовать и как усилители (как упоминалось ранее).

    Пример с транзистором и реле

    Иногда в цепи нужны и транзисторы, и реле.

    Допустим, у вас есть двигатель постоянного тока ( M1 ), который требует большой мощности. Вы хотите управлять этим с помощью Arduino или другого микроконтроллера. Мощность, необходимая для запуска двигателя, слишком велика для вашего повседневного транзистора, поэтому вы решили, что реле ( RY1 ) — это то, что вам нужно.

    Однако вы не хотите потреблять ток, необходимый для управления реле, напрямую от контакта GPIO на микроконтроллере (поскольку это может повредить микроконтроллер), поэтому вместо этого вы решили использовать транзистор ( Q1 ). Q1 в данном случае представляет собой транзистор PNP , которому нужен цифровой LOW для пропускания тока. Убедитесь, что Q1 выдержит ток, протекающий через RY1 .

    Vcc обычно соответствует тому же напряжению, которое питает микроконтроллер.

    R1 предназначен для ограничения тока, проходящего через порт микроконтроллера, так как некоторый ток будет «протекать» через управляющий вывод транзистора.

    И последнее, но не менее важное: у нас есть D1, , который представляет собой обратноходовой диод .Мы рассмотрим, почему мы используем обратноходовые диоды в в этом посте . Реле имеет встроенную катушку индуктивности (прочитайте этот пост для ознакомления с этим компонентом), который не любит изменения тока. Поэтому, когда вы выключаете транзистор, катушка индуктивности будет продолжать потреблять ток, который может повредить транзистор. При использовании обратноходового диода этот ток будет «гаситься» в небольшой цепи D1 RY1 из-за сопротивления цепи, а не повреждать транзистор.

    Результирующая схема показана ниже:

    Подводя итог: микроконтроллер заставит ток течь через транзистор и, таким образом, через реле.Это создает магнитное поле в реле, которое замыкает внутренний переключатель реле. В результате цепь двигателя замыкается, и через двигатель течет ток, заставляя его вращаться.

    Заключительные слова

    Транзисторы

    используются в целом ряде различных приложений. Мы могли бы поговорить больше об использовании транзисторов в усилителях, но мы отложим это на другой день. Размеры микрочипов-транзисторов просто умопомрачительны, но по сути они делают то же самое, что и их гораздо более крупные собратья.

    Реле

    более однобоки в своем применении, но определенно имеют некоторые преимущества перед транзисторами.

    Самое главное правильно подобрать инструмент для работы!

    Как подключить реле к транзистору – объяснение с помощью формул

    Реле и другие компоненты переключения нагрузки

    В электронных схемах существуют различные методы включения выходного каскада, способного реагировать на небольшое входное напряжение запуска и переключать тяжелые нагрузки.Например, существуют транзисторы, способные выдерживать несколько сотен вольт без повреждения, но поскольку они могут коммутировать только высокие напряжения постоянного тока, их нельзя использовать для коммутации больших токов и переменного напряжения.

    Для работы с переменным напряжением обычно используется очень полезное устройство, называемое симистором или SCR. Но опять же, они неэффективны при постоянном напряжении, поскольку имеют тенденцию защелкиваться, когда постоянный ток переходит от анода к катоду.

    Эти недостатки обусловлены особенностями их внутреннего специфического полупроводникового состава, и поэтому они часто становятся совершенно бесполезными во многих приложениях.

    Реле, с другой стороны, полностью избавлено от всех этих проблем и может считаться идеальным компонентом для переключения тяжелых выходных нагрузок. Поскольку они не являются полупроводниковыми компонентами, на них не распространяются характеристики напряжения, и они могут работать с любым типом и величиной выходного напряжения. Еще одним большим преимуществом использования реле является то, что опасные потенциалы коммутационного выхода полностью отделены от деликатной электронной схемы управления.

    Реле, проводка транзистора

    Реле представляет собой электромагнит, который используется для магнитного притягивания вниз подпружиненного вала, так что между подвижным валом и двумя его неподвижными полюсами могут быть установлены попеременно замыкающие и размыкающие контакты.При отсутствии напряжения на катушке каждый из этих полюсов является нормально разомкнутым (N/O) и нормально замкнутым (N/C) соответственно.

    Для питания реле или его конфигурации с электронной схемой обычно включается небольшая выходная схема, известная как схема привода реле.

    Как показано на схеме, секция в основном состоит из транзистора T1, резистора R1 и обратноходового диода D1, подключенных параллельно катушке реле.

    Резистор R1 используется для смещения транзистора, и это напряжение смещения фактически является напряжением срабатывания, которое обычно поступает от источника, такого как ИС.

    Как только транзистор получает триггерное напряжение, он мгновенно проводит и активирует реле. Это происходит потому, что конец реле, который подключен к транзистору, подтягивается к потенциалу земли, так что все напряжение питания проходит через катушку, чтобы запитать ее.

    Каждая катушка индуктивности имеет неотъемлемое свойство переключать обратно противоположную ЭДС, равную величине напряжения питания, в момент ее выключения. Это именно то, что происходит, когда транзистор выключен.Катушка реле мгновенно отбрасывает опасную ЭДС обратно в транзистор. Это может привести к необратимому повреждению транзистора, если и до тех пор, пока не будут приняты некоторые меры предосторожности. Диод D1 выполняет важную функцию нейтрализации этой ЭДС, замыкая ее накоротко и предотвращая ее прохождение через транзистор.

    Расчет номинала резистора

    Теперь давайте посмотрим, как можно рассчитать номинал резистора R1. Основная формула приведена здесь:

    R1= (Ub — 0.6) × Hfe ÷ Ток реле,

    Здесь Ub = напряжение источника относительно R1, 0,6 = минимальное напряжение смещения транзистора,

    Hfe = коэффициент усиления по прямому току используемого T1 (150 номинал)

    Ток реле можно рассчитать по следующим данным формула:

    Реле I = Сопротивление катушки реле ÷ Напряжение питания,

    Внешние нагрузки могут быть подключены к группе контактов реле двумя возможными способами. Если требуется первоначальное включение нагрузки, она может быть запитана через размыкающие контакты.Если нагрузку необходимо включить после переключения реле, то она должна быть запитана через нормально разомкнутые контакты.

    Благодаря приведенному выше обсуждению вы легко поймете, как подключить реле и как легко можно точно рассчитать соответствующие значения за считанные минуты.

    Реле общего назначения: Управление MY2 с транзистором | Часто задаваемые вопросы | Австралия

    Основное содержание

    Вопрос

    Что следует учитывать при работе с реле общего назначения MY2 с транзистором?

    Когда реле выключаются, создается противодействующая электродвижущая сила (импульс).Противодействующая электродвижущая сила приводит к выходу из строя или поломке транзисторов. Используйте реле со встроенным диодом для подавления скачков напряжения.

    Модель

    № полюсов

    My3N-D2
    Структура с индикатором без индикатора катушка Поглощающий диод
    (катушка только для приложений постоянного тока)
    2 My2n-d2 My2-D
    3 My3-D
    4 MY4N-D2 MY4-D
    Двойной MY4NZ-D2 MY4Z-D
    5
    5

    Примечание:

    1. Убедитесь, что полярность правильная.

    2. Время сброса будет больше, но все равно будет в пределах 20 мс.

    3. Характеристики диода:
    Выдерживаемое обратное напряжение: 1000 В
    Прямой ток: 1 А

    Транзисторные реле | Преимущества | Недостатки

    Транзисторные реле:

    Это наиболее широко распространенный тип статических реле, настолько, что когда мы говорим статические реле, мы можем с уверенностью подразумевать только транзисторные реле.Транзистор, который действует как электронный клапан, может преодолеть большинство ограничений, налагаемых электронными клапанами, и, таким образом, сделал возможным разработку электронных реле , более известных как статические реле .

    Характеристики современных транзисторов таковы, что они могут заменить функциональные элементы, используемые в электромеханических реле, для придания необходимых характеристик.

    Технические характеристики, особенно подходящие для конструкции функциональных блоков, включают характеристики усиления и переключения, чувствительность и высокую скорость.Опыт показал, что транзисторные схемы могут не только выполнять основные функции реле, такие как суммирование, сравнение входных сигналов и их интегрирование, но они также обеспечивают необходимую гибкость для удовлетворения различных требований к реле.

    Две основные схемы реле на основе транзисторных компараторов показаны на рис. (9.4). В любой из этих цепей ток постоянной величины протекает в цепи коллектора только тогда, когда на входе переменного тока количества одновременно отрицательны; реле в коллекторной цепи сработает, когда угол перекрытия превысит определенное значение, т.е.е. когда средний постоянный ток уровень в коллекторной цепи превышает наводку реле в результате совпадения фаз.

    Преимущества транзисторных реле можно перечислить следующим образом:
    • Быстрый отклик, долгий срок службы, высокая устойчивость к ударам и вибрации.
    • Действие быстрого сброса — высокое значение сброса и отсутствие перерегулирования легко достигается благодаря отсутствию механической инерции и накопления тепла
    • Отсутствие трения или проблем с контактом в подшипниках (отсутствие коррозии, дребезга или износа), поэтому требуется минимальное техническое обслуживание.
    • Простота обеспечения усиления позволяет получить большую чувствительность.
    • Базовые структурные элементы полупроводниковой схемы обеспечивают большую степень сложности при формировании рабочих характеристик, что позволяет реализовать на практике реле с пороговыми характеристиками, наиболее близкими к идеальным требованиям.
    • Низкие уровни энергии, необходимые в измерительных цепях, позволяют миниатюризировать и свести к минимуму погрешности трансформаторов тока.
    • Использование печатных (или интегральных) схем во избежание ошибок при монтаже и для облегчения рационализации серийного производства.
    Статические реле, в которых используются транзисторы, имеют свои ограничения:
    • Изменение характеристик в зависимости от температуры и возраста.
    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.