Транзисторна верига на релейния драйвер с формула и изчисления

В тази статия ще проучим изчерпателно веригата на драйвер на транзисторно реле и ще научим как да проектираме неговата конфигурация чрез изчисляване на параметрите чрез формули.

Значение на релето

Релетата са един от най-важните компоненти в електронните вериги. Особено в схеми, където е включен пренос на висока мощност или мрежово превключване на натоварването, релетата играят основна роля при изпълнението на операциите.

Тук ще научим как правилно да управляваме реле с помощта на транзистор и да прилагаме дизайна в електронна система за превключване на свързан товар без проблеми.

За задълбочено проучване относно това как работи релето моля, прочетете тази статия

Релето, както всички знаем, е електромеханично устройство, което се използва под формата на превключвател.

Той е отговорен за превключване на външен товар, свързан към неговите контакти, в отговор на относително по-малка електрическа мощност, приложена през свързана намотка.

По принцип намотката се навива върху желязна сърцевина, когато към нея се прилага малък постоянен ток, тя се захранва и се държи като електромагнит.

Пружинен контактен механизъм, разположен в непосредствена близост до намотката, незабавно реагира и се привлича към силата на електромагнита на захранващата бобина. В хода контактът свързва една от нейната двойка заедно и разединява допълнителна двойка, свързана с нея.

Обратното се случва, когато DC е изключен към бобината и контактите се върнат в първоначалното си положение, свързвайки предишния набор от допълнителни контакти и цикълът може да се повтори възможно най-много пъти.

Една електронна схема обикновено ще се нуждае от релеен драйвер, използващ транзисторен етап на веригата, за да преобразува това е превключващ изход с постоянна мощност с ниска мощност в превключващ изход на мрежата с висока мощност

Сигналите от ниско ниво от електронно устройство, които могат да бъдат получени от IC степен или транзисторен каскад с нисък ток, може да са доста неспособни да управляват директно реле. Тъй като релето изисква относително по-високи токове, които обикновено не са достъпни от източник на интегрална схема или транзисторен каскад с нисък ток.

За да се преодолее горният проблем, етапът на управление на релето става задължителен за всички електронни схеми, които се нуждаят от тази услуга.

Релейният драйвер не е нищо друго освен допълнителен транзисторен етап, прикрепен към релето, който трябва да се задейства. Транзисторът обикновено се използва единствено за управление на релето в отговор на командите, получени от предходния етап на управление.

Електрическа схема

Позовавайки се на горната електрическа схема, виждаме, че конфигурацията включва само транзистор, базов резистор и релето с диод с обратна връзка.

Има обаче няколко сложности, които трябва да бъдат решени, преди дизайнът да може да се използва за необходимите функции:

Тъй като напрежението на базовото задвижване към транзистора е основният източник за управление на работата на релето, то трябва да бъде перфектно изчислено за оптимални резултати.

Стойността на базовия резистор е пряко пропорционална на тока през колекторните / емитерните проводници на транзистора или с други думи, релейният ток на бобината, който е колекторното натоварване на транзистора, се превръща в един от основните фактори и пряко влияе върху стойността на базовия резистор на транзистора.

Формула за изчисление

Основната формула за изчисляване на базовия резистор на транзистора се дава чрез израза:

R = (Us - 0,6) hFE / ток на релейната намотка,

• Където R = базов резистор на транзистора,
• Us = източник или напрежение на спусъка към базовия резистор,
• hFE = усилване на текущия ток на транзистора,

Последният израз, който е „релеен ток“, може да бъде открит чрез решаване на следния закон на Ом:

I = Us / R, където I е необходимият ток на релето, Us е захранващото напрежение към релето.

Практическо приложение

Съпротивлението на бобината на релето може лесно да бъде идентифицирано с помощта на мултицет.

Us също ще бъде известен параметър.

Да предположим, че захранването Us е = 12 V, тогава съпротивлението на бобината е 400 Ома

Релеен ток I = 12/400 = 0,03 или 30 mA.

Също така Hfe на всеки стандартен транзистор с нисък сигнал може да се приеме, че е около 150.

Прилагайки горните стойности в действителното уравнение, което получаваме,

R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ Релеен ток

R = (12 - 0,6) 150 / 0,03

= 57 000 ома или 57 K, като най-близката стойност е 56 K.

Диодът, свързан през бобината на релето, макар че по никакъв начин не е свързан с горното изчисление, той все още не може да бъде пренебрегнат.

Диодът гарантира, че обратната ЕМП, генерирана от намотката на релето, се къси през нея и не се изхвърля в транзистора. Без този диод задната ЕМП ще се опита да намери път през колекторния емитер на транзистора и в хода ще повреди транзистора за постоянно, в рамките на секунди.

Релейна схема на драйвера, използвайки PNP BJT

Транзисторът работи най-добре като превключвател, когато е свързан с обща конфигурация на емитер, което означава, че емитерът на BJT трябва винаги да бъде свързан директно с „земна“ линия. Тук „земята“ се отнася до отрицателната линия за NPN и положителната линия за PNP BJT.

Ако във веригата се използва NPN, натоварването трябва да бъде свързано с колектора, което ще позволи включването / изключването му чрез включване / изключване на отрицателната му линия. Това вече е обяснено в горните дискусии.

Ако искате да включите / изключите положителната линия, в този случай ще трябва да използвате PNP BJT за задвижване на релето. Тук релето може да бъде свързано през отрицателната линия на захранването и колектора на PNP. Моля, вижте фигурата по-долу за точната конфигурация.

PNP обаче ще се нуждае от отрицателен спусък в основата си за задействане, така че в случай, че искате да внедрите системата с положителен спусък, тогава може да се наложи да използвате комбинация от NPN и PNP BJTs, както е показано на следващата фигура:

Ако имате някакво конкретно запитване относно горната концепция, моля не се колебайте да ги изразите чрез коментарите, за да получите бързи отговори.

Драйвер за реле за пестене на енергия

Обикновено захранващото напрежение за работещо реле се оразмерява, за да се гарантира, че релето е вкарано оптимално. Необходимото задържащо напрежение обаче обикновено е много по-ниско.

Това обикновено не е дори половината от напрежението при изтегляне. В резултат на това по-голямата част от релетата могат да работят без проблеми дори при това намалено напрежение, но само когато е гарантирано, че при първоначалното напрежение на задействане е достатъчно високо за изтеглянето.

Представената по-долу схема може да е идеална за релета, определени за работа със 100 mA или по-ниска, и при захранващо напрежение под 25 V. С помощта на тази схема се гарантират две предимства: на първо място функциите на релето, използващи значително нисък ток при 50% по-малко от номиналното захранващо напрежение и токът са намалени до около 1/4 от действителния рейтинг на релето! На второ място, релета с по-високо напрежение могат да се използват с по-ниски диапазони на захранване. (Например 9 V реле, което е необходимо за работа с 5 V от TTL захранване).

Веригата може да се види свързана към захранващо напрежение, способно да поддържа перфектно релето. По време на отваряне на S1, C1 се зарежда чрез R2 до захранващото напрежение. R1 е свързан към терминала + и T1 остава изключен. В момента, в който S1 е предварително настроен, базата T1 се свързва към захранване, общо чрез R1, така че да се включва и задвижва релето.

Положителният извод на C1 се свързва към общото заземяване чрез превключвателя S1. Като се има предвид, че този кондензатор първоначално е бил зареден към захранващото напрежение, неговият терминал в този момент става отрицателен. Следователно напрежението в бобината на релето достига два пъти повече от захранващото напрежение и това дърпа релето. Превключвателят S1 със сигурност може да бъде заменен с транзистор с общо предназначение, който може да се включва или изключва според изискванията.