วงจรขับรีเลย์ทรานซิสเตอร์พร้อมสูตรและการคำนวณ

ในบทความนี้เราจะศึกษาวงจรไดรเวอร์รีเลย์ทรานซิสเตอร์อย่างละเอียดและเรียนรู้วิธีการออกแบบการกำหนดค่าโดยการคำนวณพารามิเตอร์ผ่านสูตร

ความสำคัญของรีเลย์

รีเลย์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงจรที่มีการถ่ายโอนพลังงานสูงหรือการสลับโหลดไฟหลักรีเลย์มีบทบาทสำคัญในการดำเนินการ

ที่นี่เราจะเรียนรู้วิธีการใช้งานรีเลย์อย่างถูกต้องโดยใช้ทรานซิสเตอร์และใช้การออกแบบในระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อเปลี่ยนโหลดที่เชื่อมต่อโดยไม่มีปัญหา

สำหรับการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับการทำงานของรีเลย์ โปรดอ่านบทความนี้

รีเลย์อย่างที่เราทราบกันดีว่าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในรูปแบบของสวิตช์

มีหน้าที่ในการเปลี่ยนโหลดภายนอกที่เชื่อมต่อกับหน้าสัมผัสเพื่อตอบสนองต่อพลังงานไฟฟ้าที่ค่อนข้างเล็กกว่าที่ใช้กับขดลวดที่เกี่ยวข้อง

โดยทั่วไปแล้วขดลวดจะพันทับแกนเหล็กเมื่อใช้ DC ขนาดเล็กกับขดลวดมันจะให้พลังงานและทำงานเหมือนแม่เหล็กไฟฟ้า

กลไกการสัมผัสแบบสปริงโหลดที่วางอยู่ใกล้กับขดลวดจะตอบสนองทันทีและถูกดึงดูดเข้าหาแรงแม่เหล็กไฟฟ้าของขดลวดที่มีพลังงาน ในหลักสูตรผู้ติดต่อจะเชื่อมต่อคู่ใดคู่หนึ่งเข้าด้วยกันและตัดการเชื่อมต่อคู่เสริมที่เกี่ยวข้อง

การย้อนกลับเกิดขึ้นเมื่อปิด DC ไปที่ขดลวดและหน้าสัมผัสกลับสู่ตำแหน่งเดิมโดยเชื่อมต่อชุดหน้าสัมผัสเสริมชุดก่อนหน้าและวงจรอาจจะทำซ้ำหลาย ๆ ครั้ง

โดยปกติวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะต้องมีไดรเวอร์รีเลย์โดยใช้วงจรทรานซิสเตอร์เพื่อที่จะแปลงเอาท์พุทสวิตชิ่ง DC ที่ใช้พลังงานต่ำไปเป็นเอาท์พุตสวิตช์ AC กำลังไฟสูง

อย่างไรก็ตามสัญญาณระดับต่ำจากอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งอาจได้มาจากขั้นตอน IC หรือขั้นตอนทรานซิสเตอร์กระแสต่ำอาจไม่สามารถขับรีเลย์ได้โดยตรง เนื่องจากรีเลย์ต้องการกระแสที่ค่อนข้างสูงซึ่งโดยปกติอาจไม่สามารถใช้งานได้จากแหล่ง IC หรือขั้นตอนทรานซิสเตอร์กระแสต่ำ

เพื่อที่จะเอาชนะปัญหาข้างต้นขั้นตอนการควบคุมรีเลย์จึงมีความจำเป็นสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดที่ต้องการบริการนี้

ไดรเวอร์รีเลย์ไม่ใช่อะไรนอกจากขั้นตอนทรานซิสเตอร์เพิ่มเติมที่ติดมากับรีเลย์ซึ่งจำเป็นต้องใช้งาน โดยทั่วไปทรานซิสเตอร์จะใช้สำหรับการทำงานของรีเลย์เพื่อตอบสนองต่อคำสั่งที่ได้รับจากขั้นตอนการควบคุมก่อนหน้านี้

แผนภูมิวงจรรวม

จากแผนภาพวงจรด้านบนเราจะเห็นว่าการกำหนดค่าเกี่ยวข้องกับทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานฐานและรีเลย์ที่มีไดโอดฟลายแบ็คเท่านั้น

อย่างไรก็ตามมีความซับซ้อนเล็กน้อยที่ต้องตัดสินก่อนที่จะสามารถใช้การออกแบบสำหรับฟังก์ชันที่ต้องการได้:

เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์พื้นฐานไปยังทรานซิสเตอร์เป็นแหล่งสำคัญในการควบคุมการทำงานของรีเลย์จึงจำเป็นต้องคำนวณอย่างสมบูรณ์แบบเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

id ค่าตัวต้านทานพื้นฐานแปรผันโดยตรงกับกระแสข้ามตัวนำของตัวเก็บ / ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งกระแสขดลวดรีเลย์ซึ่งเป็นโหลดตัวสะสมของทรานซิสเตอร์กลายเป็นปัจจัยหลักอย่างหนึ่งและมีผลโดยตรงต่อค่า ของตัวต้านทานฐานของทรานซิสเตอร์

สูตรการคำนวณ

สูตรพื้นฐานสำหรับการคำนวณตัวต้านทานฐานของทรานซิสเตอร์ได้รับจากนิพจน์:

R = (เรา - 0.6) hFE / รีเลย์คอยล์ปัจจุบัน

• โดยที่ R = ตัวต้านทานฐานของทรานซิสเตอร์
• เรา = แหล่งที่มาหรือแรงดันทริกเกอร์ไปยังตัวต้านทานฐาน
• hFE = กำไรกระแสไปข้างหน้าของทรานซิสเตอร์

นิพจน์สุดท้ายซึ่งเป็น 'กระแสรีเลย์' สามารถพบได้โดยการแก้กฎของโอห์มต่อไปนี้:

I = Us / R โดยที่ฉันเป็นกระแสรีเลย์ที่ต้องการ Us คือแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับรีเลย์

การใช้งานจริง

ความต้านทานของขดลวดรีเลย์สามารถระบุได้ง่ายโดยใช้มัลติมิเตอร์

เราจะเป็นพารามิเตอร์ที่รู้จัก

สมมติว่าแหล่งจ่ายเรา = 12 V ความต้านทานของขดลวดคือ 400 โอห์มแล้ว

กระแสรีเลย์ I = 12/400 = 0.03 หรือ 30 mA

นอกจากนี้ Hfe ของทรานซิสเตอร์สัญญาณต่ำมาตรฐานใด ๆ อาจถือว่าอยู่ที่ประมาณ 150

ใช้ค่าข้างต้นในสมการจริงที่เราได้รับ

R = (Ub - 0.6) × Hfe ÷รีเลย์ปัจจุบัน

R = (12 - 0.6) 150 / 0.03

= 57,000 โอห์มหรือ 57 K ค่าใกล้เคียงที่สุดคือ 56 K

ไดโอดที่เชื่อมต่อผ่านขดลวดรีเลย์แม้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับการคำนวณข้างต้น แต่ก็ยังไม่สามารถเพิกเฉยได้

ไดโอดตรวจสอบให้แน่ใจว่า EMF ย้อนกลับที่สร้างขึ้นจากขดลวดรีเลย์นั้นลัดวงจรและไม่ถูกถ่ายโอนไปยังทรานซิสเตอร์ หากไม่มีไดโอดนี้ EMF ด้านหลังจะพยายามหาเส้นทางผ่านตัวปล่อยสะสมของทรานซิสเตอร์และในหลักสูตรจะทำให้ทรานซิสเตอร์เสียหายอย่างถาวรภายในไม่กี่วินาที

วงจรขับรีเลย์โดยใช้ PNP BJT

ทรานซิสเตอร์ทำงานได้ดีที่สุดในฐานะสวิตช์เมื่อเชื่อมต่อกับการกำหนดค่าตัวปล่อยทั่วไปซึ่งหมายความว่าตัวปล่อยของ BJT จะต้องเชื่อมต่อโดยตรงกับสาย 'กราวด์' ในที่นี้ 'กราวด์' หมายถึงเส้นลบสำหรับ NPN และเส้นบวกสำหรับ PNP BJT

หากใช้ NPN ในวงจรโหลดจะต้องเชื่อมต่อกับตัวเก็บรวบรวมซึ่งจะทำให้สามารถเปิด / ปิดได้โดยการเปิด / ปิดสายลบ สิ่งนี้ได้อธิบายไว้แล้วในการอภิปรายข้างต้น

หากคุณต้องการเปิด / ปิดสายบวกในกรณีนั้นคุณจะต้องใช้ PNP BJT ในการขับเคลื่อนรีเลย์ ที่นี่รีเลย์อาจเชื่อมต่อผ่านสายลบของแหล่งจ่ายและตัวรวบรวม PNP โปรดดูรูปด้านล่างสำหรับการกำหนดค่าที่แน่นอน

อย่างไรก็ตาม PNP จะต้องมีทริกเกอร์เชิงลบที่ฐานสำหรับการทริกเกอร์ดังนั้นในกรณีที่คุณต้องการใช้ระบบด้วยทริกเกอร์เชิงบวกคุณอาจต้องใช้ทั้ง NPN และ PNP BJT ร่วมกันดังแสดงในรูปต่อไปนี้:

หากคุณมีข้อสงสัยใด ๆ เกี่ยวกับแนวคิดข้างต้นโปรดอย่าลังเลที่จะแสดงความคิดเห็นผ่านความคิดเห็นเพื่อรับคำตอบอย่างรวดเร็ว

ไดรเวอร์รีเลย์ประหยัดพลังงาน

โดยปกติแรงดันไฟฟ้าสำหรับการทำงานของรีเลย์จะถูกกำหนดขนาดเพื่อให้แน่ใจว่ารีเลย์ถูกดึงเข้าอย่างเหมาะสมที่สุด อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ต้องการมักจะต่ำกว่ามาก

โดยปกติจะไม่ถึงครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าแบบดึงเข้า ด้วยเหตุนี้รีเลย์ส่วนใหญ่จึงสามารถทำงานได้โดยไม่มีปัญหาแม้จะมีแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงนี้ แต่ก็ต่อเมื่อมั่นใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่เปิดใช้งานครั้งแรกสูงเพียงพอสำหรับการดึงเข้า

วงจรที่นำเสนอด้านล่างนี้อาจเหมาะสำหรับรีเลย์ที่ระบุให้ทำงานด้วย 100 mA หรือต่ำกว่าและที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 25 V เมื่อใช้วงจรนี้จะได้รับข้อดีสองประการ: ประการแรกฟังก์ชั่นรีเลย์ทั้งหมดที่ใช้กระแสไฟฟ้าต่ำมากที่น้อยกว่า 50% แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและกระแสไฟฟ้าลดลงเหลือประมาณ 1/4 ของพิกัดจริงของรีเลย์! ประการที่สองรีเลย์ที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าสามารถใช้กับช่วงจ่ายไฟที่ต่ำกว่าได้ (เช่นรีเลย์ 9 V ที่ต้องใช้ 5 V จากแหล่งจ่าย TTL)

สามารถมองเห็นวงจรแบบต่อสายกับแรงดันไฟฟ้าที่สามารถจับรีเลย์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ ในช่วงเวลาที่ S1 เปิดอยู่ C1 จะถูกชาร์จผ่าน R2 ไม่เกินแรงดันไฟฟ้า R1 เชื่อมต่อกับขั้ว + และ T1 ยังคงปิดอยู่ ขณะที่กำหนด S1 ฐาน T1 จะเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายทั่วไปผ่าน R1 เพื่อให้สวิตช์เปิดและขับเคลื่อนรีเลย์

ขั้วบวกของ C1 เชื่อมต่อกับกราวด์ทั่วไปผ่านสวิตช์ S1 เมื่อพิจารณาว่าตัวเก็บประจุนี้ได้รับการชาร์จไฟให้กับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย - เทอร์มินัล ณ จุดนี้จะกลายเป็นลบ แรงดันไฟฟ้าข้ามขดลวดรีเลย์จึงมากกว่าแรงดันไฟฟ้าถึงสองเท่าและแรงดันนี้จะดึงรีเลย์ สวิตช์ S1 อาจถูกแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์เอนกประสงค์ซึ่งสามารถเปิดหรือปิดได้ตามต้องการ