Tranzistorový obvod budiče relé se vzorcem a výpočty

V tomto článku budeme komplexně studovat obvod budiče tranzistorového relé a naučíme se, jak navrhnout jeho konfiguraci výpočtem parametrů pomocí vzorců.

Důležitost relé

Relé jsou jednou z nejdůležitějších součástí elektronických obvodů. Zejména v obvodech, kde je zapojen vysoký přenos energie nebo přepínání zátěže střídavého proudu ze sítě, hrají při provádění operací hlavní roli relé.

Zde se naučíme, jak správně pracovat relé pomocí tranzistoru a bez problémů aplikovat návrh v elektronickém systému pro spínání připojené zátěže.

Pro hloubkovou studii o tom, jak relé funguje přečtěte si prosím tento článek

Relé, jak všichni víme, je elektromechanické zařízení, které se používá ve formě spínače.

Je zodpovědný za přepínání externí zátěže připojené k jejím kontaktům v reakci na relativně menší elektrický výkon aplikovaný přes přidruženou cívku.

Cívka je v podstatě navinuta na železné jádro, když je na cívku aplikován malý DC, napájí se a chová se jako elektromagnet.

Pružinový kontaktní mechanismus umístěný v těsné blízkosti cívky okamžitě reaguje a přitahuje se směrem k energii elektromagnetu cívky pod napětím. V kurzu kontakt spojí jeden ze svých párů dohromady a odpojí doplňkový pár s ním spojený.

Zpět se stane, když je DC vypnuto na cívku a kontakty se vrátí do své původní polohy, připojení předchozí sady doplňkových kontaktů a cyklus lze opakovat tolikrát, kolikrát je to možné.

Elektronický obvod bude normálně potřebovat budič relé, který používá tranzistorový obvodový obvod, aby mohl převést svůj nízkoenergetický spínací výstup na vysoce výkonný síťový spínací výstup.

Signály nízké úrovně z elektroniky, které mohou být odvozeny ze stupně IC nebo nízkoproudého stupně tranzistoru, však nemusí být schopné přímo řídit relé. Protože relé vyžaduje relativně vyšší proudy, které obvykle nejsou k dispozici ze zdroje IC nebo z nízkoproudého tranzistorového stupně.

Za účelem překonání výše uvedeného problému se stupeň řízení relé stává nezbytným pro všechny elektronické obvody, které tuto službu potřebují.

Ovladač relé není nic jiného než další tranzistorový stupeň připojený k relé, který je třeba ovládat. Tranzistor se obvykle a výhradně používá k ovládání relé v reakci na příkazy přijaté z předchozího řídicího stupně.

Kruhový diagram

S odkazem na výše uvedené schéma zapojení vidíme, že konfigurace zahrnuje pouze tranzistor, základní rezistor a relé s zpětnou diodou.

Existuje však několik složitostí, které je třeba vyřešit, než bude možné design použít pro požadované funkce:

Vzhledem k tomu, že napětí základního pohonu do tranzistoru je hlavním zdrojem pro řízení operací relé, je třeba jej dokonale vypočítat pro dosažení optimálních výsledků.

Hodnota základního rezistoru je přímo úměrná proudu napříč kolektorovými / emitorovými vývody tranzistoru nebo jinými slovy, proud cívky relé, který je zátěží kolektoru tranzistoru, se stává jedním z hlavních faktorů a přímo ovlivňuje hodnotu základního odporu tranzistoru.

Výpočetní vzorec

Základní vzorec pro výpočet základního odporu tranzistoru je dán výrazem:

R = (Us - 0,6) hFE / proud cívky relé,

• Kde R = základní rezistor tranzistoru,
• Us = zdroj nebo spouštěcí napětí do základního odporu,
• hFE = dopředný proudový zisk tranzistoru,

Poslední výraz, kterým je „reléový proud“, lze zjistit řešením následujícího Ohmova zákona:

I = Us / R, kde I je požadovaný proud relé, Us je napájecí napětí relé.

Praktická aplikace

Odpor cívky relé lze snadno identifikovat pomocí multimetru.

Nás bude také známý parametr.

Předpokládejme, že napájení Us je = 12 V, odpor cívky je tedy 400 Ohmů

Reléový proud I = 12/400 = 0,03 nebo 30 mA.

Rovněž lze předpokládat, že Hfe jakéhokoli standardního tranzistoru s nízkým signálem je kolem 150.

Použitím výše uvedených hodnot ve skutečné rovnici dostaneme,

R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ proud relé

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

= 57 000 Ohmů nebo 57 K, nejbližší hodnota je 56 K.

Dioda připojená přes cívku relé však nijak nesouvisí s výše uvedeným výpočtem, stále ji nelze ignorovat.

Dioda zajišťuje, že reverzní EMF generovaný z cívky relé je skrz něj zkratován a není vypuštěn do tranzistoru. Bez této diody by se zadní EMF pokusil najít cestu přes kolektorový emitor tranzistoru a v průběhu několika sekund by tranzistor trvale poškodil.

Obvod reléového relé pomocí PNP BJT

Tranzistor funguje nejlépe jako spínač, pokud je připojen ke společné konfiguraci emitoru, což znamená, že emitor BJT musí být vždy připojen přímo k „zemnící“ lince. Zde se „zem“ vztahuje na zápornou čáru pro NPN a kladnou čáru pro PNP BJT.

Pokud je v obvodu použito NPN, musí být zátěž spojena s kolektorem, což umožní jeho zapnutí / vypnutí zapnutím / vypnutím jeho záporného vedení. To je již vysvětleno ve výše uvedených diskusích.

Pokud chcete zapnout / vypnout kladnou linku, v takovém případě budete muset k ovládání relé použít PNP BJT. Zde může být relé připojeno přes záporné vedení napájení a kolektor PNP. Přesnou konfiguraci najdete na obrázku níže.

PNP však bude pro spuštění potřebovat negativní spouštěč na své základně, takže v případě, že chcete implementovat systém s pozitivním spouštěčem, možná budete muset použít kombinaci NPN a PNP BJT, jak je znázorněno na následujícím obrázku:

Pokud máte jakýkoli konkrétní dotaz týkající se výše uvedeného konceptu, neváhejte je vyjádřit prostřednictvím komentářů a získat rychlé odpovědi.

Ovladač relé úspory energie

Normálně je napájecí napětí pro provoz relé dimenzováno tak, aby bylo zajištěno optimální zapojení relé. Požadované udržovací napětí je však obvykle mnohem nižší.

To obvykle není ani polovina vstupního napětí. Výsledkem je, že většina relé může bez problémů pracovat i při tomto sníženém napětí, ale pouze tehdy, když je zajištěno, že při počáteční aktivaci je napětí dostatečně vysoké pro vtažení.

Níže uvedený obvod může být ideální pro relé specifikovaná pro práci se 100 mA nebo nižšími a při napájecím napětí nižším než 25 V. Použitím tohoto obvodu jsou zajištěny dvě výhody: především funkce relé využívající v podstatě nízký proud o 50% menší než jmenovité napájecí napětí a proud sníženy na přibližně 1/4 skutečné hodnoty relé! Za druhé, relé s vyšším jmenovitým napětím lze použít s nižšími rozsahy napájení. (Například 9 V relé, které je vyžadováno pro provoz s 5 V ze zdroje TTL).

Obvod je vidět připojený k napájecímu napětí, které je schopno dokonale držet relé. Během doby, kdy je S1 otevřený, se C1 nabije přes R2 až na napájecí napětí. R1 je připojen ke svorce + a T1 zůstává vypnutý. V okamžiku, kdy je stisknuto S1, se základna T1 připojí k běžnému napájení přes R1, takže se zapne a pohání relé.

Kladná svorka C1 se připojuje ke společné zemi přes spínač S1. Vzhledem k tomu, že tento kondenzátor byl původně nabitý na napájecí napětí, jeho koncovka v tomto bodě se stává zápornou. Napětí na cívce relé proto dosahuje dvakrát více než napájecí napětí, a to přitahuje relé. Spínač S1 může být jistě nahrazen jakýmkoli univerzálním tranzistorem, který lze podle potřeby zapnout nebo vypnout.