继电器开关电路
时间：2024-11-15 01:37:12
继电器的好处是操纵继电器线圈需求相对于大量的电力。然而，继电器开关电路可用于操纵机电、加热器、灯或交换电路，这些电路自身能够损耗更多的电压、电流，从而损耗更多的功率。
电机继电器是一种输入设置装备摆设（执行器），拥有多种外形、尺寸和设想，在电子电路中拥有多种用处和使用。然则，尽管继电器可用于同意低功率电子或计算机范例电路将相对于高的电流或电压切换为“开”或“关”，但需求某种方式的继电器开关电路来操纵它。
继电器开关电路的设想和范例多种多样，但许多小型电子项目应用晶体管和 MOSFET 作为首要开关器件，由于晶体管能够从种种输出源供应继电器线圈的倏地直流开关（ON-OFF）操纵，是以如下是一些更罕见的继电器切换要领的一小部份。
NPN继电器开关电路
典范的继电器开关电路拥有由 NPN 晶体管开关TR1驱动的线圈，如图所示，详细取决于输出电压电平。当晶体管的基极电压为零（或负）时，晶体管截止并充任关上的开关。在这类情况下，集电极没有电流固定，而且继电器线圈断电，由于作为电流器件，假如没有电流流入基极，则没有电流流过继电器线圈。
假如当初有足够大的正电流被驱动到基极以使 NPN 晶体管饱和，则从基极流到发射极（B到E）的电流将操纵从集电极流经晶体管到发射极的较大继电器线圈电流。
npn继电器开关电路
请注意，继电器线圈不仅是电磁体，并且也是电感器。当因为晶体管的开关行动而向线圈施加功率时，依据欧姆定律（I = V/R）界说的线圈的直流电阻，将流过最大电流。此中一些电能存储在继电器线圈的磁场内。
当晶体管切换为“OFF”时，流经继电器线圈的电流缩小，磁场消逝。然而，磁场内存储的能量必需抵达某个处所，而且当线圈试图维持继电器线圈中的电流时，会在线圈上发生反向电压。此行动会在继电器线圈上发生低压尖峰，假如同意该低压尖峰积累，可能会毁坏开关 NPN 晶体管。
以是为了避免毁坏半导体晶体管，在继电器线圈两头连接了一个“续流二极管”，也称为续流二极管。该续流二极管将线圈两头的反向电压钳位至约 0.7V，从而损耗存储的能量并维护开关晶体管。续流二极管仅适用于电源为极化直流电压的情形。交换线圈需求分歧的维护要领，为此应用 RC 缓冲电路。
经由过程应用达林顿晶体管对接替单个开关晶体管，能够大大进步继电器开关电路的灵敏度和电流增益。达林顿晶体管对可由两个独自连贯的双极晶体管制成，如图所示，或作为拥有规范的单个器件供应：基极、发射极和集电极连贯引线。
射极追随器继电器开关电路
除了继电器开关电路的规范共射极设置外，继电器线圈还能够连接到晶体管的发射极端子以构成射极追随器电路。输出旌旗灯号间接连接到基极，而输入则取自发射极负载，如图所示。
大众集电极或射极追随器设置关于阻抗立室使用异常实用，由于输出阻抗异常高，在数十万欧姆范围内，同时拥有相对于较低的输入阻抗来切换继电器线圈。与以前的 NPN 继电器开关电路同样，经由过程向晶体管的基极施加正电流来产生开关。
发射极达林顿继电器开关电路
这是以前的射极追随器电路的达林顿晶体管版本。因为两个 Beta 值相乘，施加到TR1的异常小的正基极电流会致使流过TR2 的集电极电流大得多。
共发射极达林顿继电器开关电路可用于供应电流增益和功率增益，而且电压增益类似即是1。此类射极追随器电路的另一个首要特点是它拥有高输出阻抗和低输入阻抗，这使其异常适宜大型继电器线圈的阻抗立室。
PNP继电器开关电路
除了应用 NPN 双极晶体管切换继电器线圈和其余此类负载外，咱们还可以应用 PNP 双极晶体管切换它们。PNP继电器开关电路在操纵继电器线圈的才能方面与NPN继电器开关电路没有甚么分歧。然而，它确凿需求分歧极性的事情电压。比方，关于 PNP 范例，集电极-发射极电压Vce必需为负，能力致使电流从发射极流向集电极。
PNP晶体管电路的事情道理与NPN继电器开关电路相同。当基极正向偏置电压比发射极电压更负时，负载电流从发射极流向集电极。为了使继电器负载电流经由过程发射极流向集电极，基极和集电极相对发射极都必须为负。
换句话说，当Vin为高电平时，PNP 晶体管被切换为“OFF”，继电器线圈也被切换为“OFF”。当Vin为低电平时，基极电压小于发射极电压（负值更大），PNP 晶体管“导通”。基极电阻值配置基极电流，基极电流配置驱动继电器线圈的集电极电流。
当开关旌旗灯号与 NPN 晶体管相同时，比方 CMOS NAND其余此类逻辑器件输入能够应用 PNP 晶体管开关。CMOS 逻辑输出在逻辑拥有驱动强度，可吸收足够的电流以将 PNP 晶体管而后经由过程应用 PNP 晶体管相同极性的电源能够将电流吸收器酿成电流源。
PNP集电极继电器开关电路
该电路操纵后面的继电器开关电路沟通。在该继电器开关电路中，继电器负载已连接到PNP晶体管的集电极。当Vin为低电平时，晶体管“ON”，当Vin为高电平时，晶体管“OFF” ，晶体管和线圈的开关行动产生。
PNP 收集器设置
pnp集电极继电器开关电路
MOSFET经由过程导电沟道举行导电，沟道最后封闭的，晶体管“OFF跟着施加到栅极端子的电压飞快增添，该沟道的导电宽度逐步增添。换句话说跟着栅极电压增添，晶体管经由过程加强沟道来事情是以这类范例的 MOSFET 被称为增强型 MOSFET 或 E-MOSFET。
N 沟道增强型 MOSFET (NMOS经常使用的 MOSFET范例由于栅极端子上的正电压会将 MOSFET 切换为“ON”，栅极端子上的零电压或负电压会将其切换为“OFF异常适宜用作 MOSFET 继电器改变供应互补 P 沟道增强型 MOSFET，与 PNP BJT同样，它们能够相同的电压事情。
N 沟道 MOSFET设置
n沟道MOSFET继电器开关电路
上述MOSFET继电器开关电路接纳设置连贯。在零电压输出、低电平条件下， V GS的值，没有足够的栅极驱动关上通道而且晶体管处于封闭状况然则，当V GS增加到 MOSFET 下阈值电压V T以上时，通道关上，电流固定而且继电器线圈事情。
P沟道MOSFET继电器开关电路
p沟道电路
在此设置中，P 沟道源极端子连接到+Vdd，漏极端子经由过程继电器线圈连接到地。当高电压电平施加到栅极时，P 沟道 MOSFET 将“截止封闭的 E-MOSFET拥有异常高的沟道电阻而且简直像开路同样事情。
当低电压电平施加到栅极时，P 沟道 MOSFET 将“导通”。这将致使电流流过操纵继电器线圈的 e-MOSFET 通道的低电阻门路。N 沟道和 P 沟道 e-MOSFET都可组成卓越高压继电器开关电路而且能够轻松连接到种种数字逻辑门和微处理器使用。
逻辑操纵继电器开关电路
逻辑操纵
此处，N 沟道 E-MOSFET 由数字逻辑门驱动。大多数逻辑输入引脚只能供应无限的电流平日跨越约 20 mA因为 e-MOSFET 是电压驱动器件损耗栅极电流是以咱们能够应用 MOSFET 继电器开关电路操纵高功率负载。
微控制器继电器开关电路
除了数字逻辑以外咱们还可应用微控制器、PIC 和处理器输入引脚和通道来操纵内部天下上面的电路表现若何应用 MOSFET 开关连贯继电器。
教程总结
在本教程咱们懂得若何应用双极结型晶体管（NPN 或 PNP）和增强型 MOSFET（N 沟道或 P 沟道）作为晶体管开关电路。 双极晶体管 (BJT组成非常好便宜的继电器开关电路，但 BJT 是电流操纵器件由于它们将小基极电流转换为较大的负载电流，为继电器线圈供电。
然而，MOSFET 开关现实的电气开关由于简直不需要栅极电流即可“导通”，将栅极电压转换为负载电流是以，MOSFET能够作为压控开关操纵。
在许多使用中，双极晶体管可以用增强型 MOSFET替换，从而供应更快的开关行动、更高输出阻抗以及大概更低的功耗。极高的栅极阻抗封闭”状态下的极低功耗以及极快的开关才能相结合，使得 MOSFET适宜许多数字开关使用另外，在栅极电流为零的情况下，其开关行动不会使数字门或微控制器输入电路过载。
然而因为 E-MOSFET 的栅极与组件别的部份绝缘是以它对静电分外敏感，静电可能会毁坏栅极上的薄氧化而后，在处理该组件应用该组件分外当心而且任何应用 e-MOSFET 的电路都应包孕适量的静电和电压尖峰维护。
电机继电器是一种输入设置装备摆设（执行器），拥有多种外形、尺寸和设想，在电子电路中拥有多种用处和使用。然则，尽管继电器可用于同意低功率电子或计算机范例电路将相对于高的电流或电压切换为“开”或“关”，但需求某种方式的继电器开关电路来操纵它。
继电器开关电路的设想和范例多种多样，但许多小型电子项目应用晶体管和 MOSFET 作为首要开关器件，由于晶体管能够从种种输出源供应继电器线圈的倏地直流开关（ON-OFF）操纵，是以如下是一些更罕见的继电器切换要领的一小部份。
NPN继电器开关电路
典范的继电器开关电路拥有由 NPN 晶体管开关TR1驱动的线圈，如图所示，详细取决于输出电压电平。当晶体管的基极电压为零（或负）时，晶体管截止并充任关上的开关。在这类情况下，集电极没有电流固定，而且继电器线圈断电，由于作为电流器件，假如没有电流流入基极，则没有电流流过继电器线圈。
假如当初有足够大的正电流被驱动到基极以使 NPN 晶体管饱和，则从基极流到发射极（B到E）的电流将操纵从集电极流经晶体管到发射极的较大继电器线圈电流。
关于大多数双极开关晶体管，流入集电极的继电器线圈电流量将是驱动晶体管饱和所需基极电流的 50 到 800 倍之间。 所示通用 BC109 的电流增益或贝塔值 ( β ) 在 2mA 时平日约为 290（数据表）。
npn继电器开关电路
请注意，继电器线圈不仅是电磁体，并且也是电感器。当因为晶体管的开关行动而向线圈施加功率时，依据欧姆定律（I = V/R）界说的线圈的直流电阻，将流过最大电流。此中一些电能存储在继电器线圈的磁场内。
当晶体管切换为“OFF”时，流经继电器线圈的电流缩小，磁场消逝。然而，磁场内存储的能量必需抵达某个处所，而且当线圈试图维持继电器线圈中的电流时，会在线圈上发生反向电压。此行动会在继电器线圈上发生低压尖峰，假如同意该低压尖峰积累，可能会毁坏开关 NPN 晶体管。
以是为了避免毁坏半导体晶体管，在继电器线圈两头连接了一个“续流二极管”，也称为续流二极管。该续流二极管将线圈两头的反向电压钳位至约 0.7V，从而损耗存储的能量并维护开关晶体管。续流二极管仅适用于电源为极化直流电压的情形。交换线圈需求分歧的维护要领，为此应用 RC 缓冲电路。
NPN达林顿继电器开关电路
曩昔的 NPN 晶体管继电器开关电路异常适宜开关 LED 和微型继电器等小负载。但偶然需求切换更大的继电器线圈或超越 BC109 通用晶体管局限的电流，这可以应用达林顿晶体管来完成。经由过程应用达林顿晶体管对接替单个开关晶体管，能够大大进步继电器开关电路的灵敏度和电流增益。达林顿晶体管对可由两个独自连贯的双极晶体管制成，如图所示，或作为拥有规范的单个器件供应：基极、发射极和集电极连贯引线。
两个NPN晶体管如图所示连贯，使得第一晶体管TR1的集电极电流酿成第二晶体管TR2的基极电流。向TR??1施加正基极电流会主动关上开关晶体管TR2。
npn达林顿继电器开关电路
假如将两个独自的晶体管设置为达林顿开关对，则通常在主开关晶体管TR2的基极和发射极之间搁置一个小阻值电阻（100 至 1,000Ω） ，以确保其完整封闭。异样，续流二极管用于维护TR2免受继电器线圈断电时发生的反电动势的影响。射极追随器继电器开关电路
除了继电器开关电路的规范共射极设置外，继电器线圈还能够连接到晶体管的发射极端子以构成射极追随器电路。输出旌旗灯号间接连接到基极，而输入则取自发射极负载，如图所示。
射极追随器继电器开关电路
大众集电极或射极追随器设置关于阻抗立室使用异常实用，由于输出阻抗异常高，在数十万欧姆范围内，同时拥有相对于较低的输入阻抗来切换继电器线圈。与以前的 NPN 继电器开关电路同样，经由过程向晶体管的基极施加正电流来产生开关。
发射极达林顿继电器开关电路
这是以前的射极追随器电路的达林顿晶体管版本。因为两个 Beta 值相乘，施加到TR1的异常小的正基极电流会致使流过TR2 的集电极电流大得多。
发射器达林顿设置
共发射极达林顿继电器开关电路可用于供应电流增益和功率增益，而且电压增益类似即是1。此类射极追随器电路的另一个首要特点是它拥有高输出阻抗和低输入阻抗，这使其异常适宜大型继电器线圈的阻抗立室。
PNP继电器开关电路
除了应用 NPN 双极晶体管切换继电器线圈和其余此类负载外，咱们还可以应用 PNP 双极晶体管切换它们。PNP继电器开关电路在操纵继电器线圈的才能方面与NPN继电器开关电路没有甚么分歧。然而，它确凿需求分歧极性的事情电压。比方，关于 PNP 范例，集电极-发射极电压Vce必需为负，能力致使电流从发射极流向集电极。
PNP 晶体管设置
PNP晶体管电路的事情道理与NPN继电器开关电路相同。当基极正向偏置电压比发射极电压更负时，负载电流从发射极流向集电极。为了使继电器负载电流经由过程发射极流向集电极，基极和集电极相对发射极都必须为负。
换句话说，当Vin为高电平时，PNP 晶体管被切换为“OFF”，继电器线圈也被切换为“OFF”。当Vin为低电平时，基极电压小于发射极电压（负值更大），PNP 晶体管“导通”。基极电阻值配置基极电流，基极电流配置驱动继电器线圈的集电极电流。
当开关旌旗灯号与 NPN 晶体管相同时，比方 CMOS NAND其余此类逻辑器件输入能够应用 PNP 晶体管开关。CMOS 逻辑输出在逻辑拥有驱动强度，可吸收足够的电流以将 PNP 晶体管而后经由过程应用 PNP 晶体管相同极性的电源能够将电流吸收器酿成电流源。
PNP集电极继电器开关电路
该电路操纵后面的继电器开关电路沟通。在该继电器开关电路中，继电器负载已连接到PNP晶体管的集电极。当Vin为低电平时，晶体管“ON”，当Vin为高电平时，晶体管“OFF” ，晶体管和线圈的开关行动产生。
PNP 收集器设置
pnp集电极继电器开关电路
N沟道MOSFET继电器开关电路
MOSFET经由过程导电沟道举行导电，沟道最后封闭的，晶体管“OFF跟着施加到栅极端子的电压飞快增添，该沟道的导电宽度逐步增添。换句话说跟着栅极电压增添，晶体管经由过程加强沟道来事情是以这类范例的 MOSFET 被称为增强型 MOSFET 或 E-MOSFET。
N 沟道增强型 MOSFET (NMOS经常使用的 MOSFET范例由于栅极端子上的正电压会将 MOSFET 切换为“ON”，栅极端子上的零电压或负电压会将其切换为“OFF异常适宜用作 MOSFET 继电器改变供应互补 P 沟道增强型 MOSFET，与 PNP BJT同样，它们能够相同的电压事情。
N 沟道 MOSFET设置
n沟道MOSFET继电器开关电路
上述MOSFET继电器开关电路接纳设置连贯。在零电压输出、低电平条件下， V GS的值，没有足够的栅极驱动关上通道而且晶体管处于封闭状况然则，当V GS增加到 MOSFET 下阈值电压V T以上时，通道关上，电流固定而且继电器线圈事情。
P沟道MOSFET继电器开关电路
P沟道MOSFET继电器开关电路
p沟道电路
在此设置中，P 沟道源极端子连接到+Vdd，漏极端子经由过程继电器线圈连接到地。当高电压电平施加到栅极时，P 沟道 MOSFET 将“截止封闭的 E-MOSFET拥有异常高的沟道电阻而且简直像开路同样事情。
当低电压电平施加到栅极时，P 沟道 MOSFET 将“导通”。这将致使电流流过操纵继电器线圈的 e-MOSFET 通道的低电阻门路。N 沟道和 P 沟道 e-MOSFET都可组成卓越高压继电器开关电路而且能够轻松连接到种种数字逻辑门和微处理器使用。
逻辑操纵继电器开关电路
逻辑操纵
此处，N 沟道 E-MOSFET 由数字逻辑门驱动。大多数逻辑输入引脚只能供应无限的电流平日跨越约 20 mA因为 e-MOSFET 是电压驱动器件损耗栅极电流是以咱们能够应用 MOSFET 继电器开关电路操纵高功率负载。
微控制器继电器开关电路
除了数字逻辑以外咱们还可应用微控制器、PIC 和处理器输入引脚和通道来操纵内部天下上面的电路表现若何应用 MOSFET 开关连贯继电器。
微控制器继电器开关电路
教程总结
在本教程咱们懂得若何应用双极结型晶体管（NPN 或 PNP）和增强型 MOSFET（N 沟道或 P 沟道）作为晶体管开关电路。
然而，MOSFET 开关现实的电气开关由于简直不需要栅极电流即可“导通”，将栅极电压转换为负载电流是以，MOSFET能够作为压控开关操纵。
在许多使用中，双极晶体管可以用增强型 MOSFET替换，从而供应更快的开关行动、更高输出阻抗以及大概更低的功耗。极高的栅极阻抗封闭”状态下的极低功耗以及极快的开关才能相结合，使得 MOSFET适宜许多数字开关使用另外，在栅极电流为零的情况下，其开关行动不会使数字门或微控制器输入电路过载。
然而因为 E-MOSFET 的栅极与组件别的部份绝缘是以它对静电分外敏感，静电可能会毁坏栅极上的薄氧化而后，在处理该组件应用该组件分外当心而且任何应用 e-MOSFET 的电路都应包孕适量的静电和电压尖峰维护。
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