小電流控制大電流，你只知道三極管？還有一個(gè)器件也可以做到！你知道是什么嗎？

揭曉答案——就是它：繼電器！下面就從內(nèi)部構(gòu)成、類型，驅(qū)動(dòng)電路，一起來(lái)認(rèn)識(shí)一下繼電器吧。

01繼電器長(zhǎng)什么樣？

繼電器是一種電控制器件，通過(guò)輸入回路小電流信號(hào)控制輸出回路大電流電路的接通或斷開(kāi)，簡(jiǎn)單的說(shuō)，繼電器就是一個(gè)“電子開(kāi)關(guān)”。

這種定義是早期對(duì)繼電器的狹義定義，通常指很常見(jiàn)的電磁繼電器或固態(tài)繼電器，隨著技術(shù)發(fā)展，繼電器家族也衍生出了一些變種，它們的觸發(fā)不依靠外部的電信號(hào)，而是依靠自身的設(shè)定參數(shù)動(dòng)作，后面就會(huì)給大家介紹幾種常用的繼電器類型。

在電子系統(tǒng)中，繼電器的核心功能有以下三種：

控制能力，用小電流控制大電流；

隔離作用，控制信號(hào)和負(fù)載電路之間，通過(guò)繼電器隔，保護(hù)負(fù)載電路；

定時(shí)開(kāi)關(guān)，安全保護(hù)，可以利用繼電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

繼電器是如何實(shí)現(xiàn)這些功能的？這就要從它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)說(shuō)起了。

以極常見(jiàn)的電磁繼電器為例，它主要由磁路系統(tǒng)、觸點(diǎn)系統(tǒng)、復(fù)位系統(tǒng)以及支架組成。磁路系統(tǒng)由線圈、鐵芯、和銜鐵構(gòu)成；觸點(diǎn)系統(tǒng)由動(dòng)觸頭和靜觸頭構(gòu)成；復(fù)位系統(tǒng)通常是彈簧或者彈片；支架將各個(gè)機(jī)構(gòu)固定在確定位置。

雖然繼電器的種類不同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能也略有不同，但基本原理都是類似的：

當(dāng)線圈通電后，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，鐵芯上就會(huì)產(chǎn)生磁力吸引銜鐵，當(dāng)電磁力大于彈簧反力時(shí)，銜鐵帶動(dòng)動(dòng)觸頭向著靜觸頭閉合，此時(shí)，常開(kāi)觸頭閉合，常閉觸頭斷開(kāi)。當(dāng)線圈失電后，鐵芯磁力消失，銜鐵釋放，依靠復(fù)位彈簧或者彈片的彈力，觸頭復(fù)位，此時(shí)，常開(kāi)觸頭斷開(kāi)，常閉觸頭閉合。

02常見(jiàn)的繼電器類型

繼電器的種類繁多，常用的有這些：

1）電磁繼電器

上面提到的電磁繼電器，是非常傳統(tǒng)的繼電器類型，它利用電磁體控制觸電開(kāi)關(guān)。這種繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格比較低，應(yīng)用廣泛，但是它的機(jī)械觸電容易磨損。

2）固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器簡(jiǎn)稱SSR，是一種無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，它是將半導(dǎo)體功率器件，如可控硅、MOSFET、IGBT，與隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)封裝到一個(gè)模塊里，實(shí)現(xiàn)電路的導(dǎo)通與關(guān)斷。

根據(jù)控制方式和負(fù)載類型，SSR又可以分為直流控交流、直流控直流、交流控交流這幾種。

以直流控交流的固態(tài)繼電器為例，控制220V/50W的小燈。按照如下接好測(cè)試電路，信號(hào)端由穩(wěn)壓電源提供，通過(guò)標(biāo)識(shí)可以看到，它的控制信號(hào)是3V-32V的直流信號(hào)，被控端允許24V-480V的交流負(fù)載。所以穩(wěn)壓電源設(shè)置輸出為5V，打開(kāi)穩(wěn)壓電源，SSR導(dǎo)通了，燈泡發(fā)光，關(guān)斷穩(wěn)壓電源，SSR關(guān)斷，燈泡熄滅。

SSR的功率可以做的非常大，上面實(shí)驗(yàn)的電流可高至25A，有的SSR過(guò)電流可達(dá)幾百A，所以這時(shí)候要注意，當(dāng)被控負(fù)載的電流大到一定時(shí)，需要給SSR增加外部散熱器。

相對(duì)于電磁繼電器，固態(tài)繼電器有壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、控制精細(xì)、通斷無(wú)火花等優(yōu)勢(shì)。

3）時(shí)間繼電器

顧名思義就是通過(guò)設(shè)置自身定時(shí)時(shí)間，延時(shí)執(zhí)行動(dòng)作的繼電器。根據(jù)延時(shí)方式，時(shí)間繼電器有通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種。在需要按時(shí)間啟動(dòng)的系統(tǒng)中，時(shí)間繼電器應(yīng)用廣泛。

以通電延時(shí)型時(shí)間繼電器為例，設(shè)置延時(shí)通電時(shí)間，連接好燈泡和測(cè)試電路。給它通電后，繼電器并沒(méi)有立即執(zhí)行動(dòng)作，而是計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，當(dāng)時(shí)間到達(dá)后，時(shí)間繼電器才會(huì)吸合，燈泡發(fā)光。

4）熱繼電器

熱繼電器是電氣控制系統(tǒng)中常用的過(guò)載保護(hù)電器，利用熱電流熱效應(yīng)原理工作。

熱繼電器主要構(gòu)成有熱元件、雙金屬片、觸點(diǎn)及動(dòng)作機(jī)構(gòu)。核心檢測(cè)部件，通常由雙金屬片和繞在雙金屬片上的加熱繞組組成。加熱繞組與被保護(hù)設(shè)備的主電路串聯(lián)，直接感受電路中的電流變化；雙金屬片由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬片疊壓而成，一端固定，另一端與動(dòng)作機(jī)構(gòu)相連。

以電機(jī)為例，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，熱元件產(chǎn)生熱量使雙金屬片緩慢彎曲，但不足以使觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)設(shè)備發(fā)生過(guò)載時(shí)，電流超過(guò)額定值，加熱繞組產(chǎn)生的熱量大幅增加，導(dǎo)致雙金屬片受熱膨脹彎曲，當(dāng)達(dá)到一定程度后，通過(guò)推桿推動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)，使觸點(diǎn)系統(tǒng)中的主觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷控制電路，進(jìn)而切斷主電路電源，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的過(guò)載保護(hù)。

此外，還有壓力繼電器，其工作原理與熱繼電器相似。

03如何驅(qū)動(dòng)繼電器？

知道了繼電器的原理和結(jié)構(gòu)，該如何驅(qū)動(dòng)它們呢？

首先，系統(tǒng)中的主控，比如單片機(jī)，是不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器的。一是單片機(jī)的IO口輸出電流比較小，不能產(chǎn)生足夠的磁力。二是很多繼電器的線圈額定電壓是高于單片機(jī)的3.3V的。另外還有線圈的反向電動(dòng)勢(shì)沖擊，會(huì)燒毀單片機(jī)IO口。

這個(gè)時(shí)候，就需要使用驅(qū)動(dòng)電路了，常用的有這3種：

第一種是使用NPN晶體管驅(qū)動(dòng)。當(dāng)給晶體管基極給高電平信號(hào)，晶體管導(dǎo)通，繼電器得電吸合，當(dāng)給低電平信號(hào)后，晶體管關(guān)斷，繼電器失電。

第二種是使用PNP晶體管驅(qū)動(dòng)。它的控制邏輯與NPN管相反，當(dāng)給晶體管基極給高電平信號(hào)，晶體管關(guān)斷，繼電器失電斷開(kāi)，當(dāng)給低電平信號(hào)后，晶體管導(dǎo)通，繼電器得電吸合。

NPN晶體管與PNP晶體管驅(qū)動(dòng)電路

第三種就是使用達(dá)林頓管陣列驅(qū)動(dòng)。這種適合多路繼電器驅(qū)動(dòng)，可以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，例如ULN2803可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)8路繼電器

達(dá)林頓管陣列驅(qū)動(dòng)電路

這三種驅(qū)動(dòng)電路，我們做了測(cè)試板， 具體的測(cè)試效果如下：

在驅(qū)動(dòng)電路上，常?？梢钥吹皆诶^電器的線圈上反并聯(lián)了一個(gè)二極管，這個(gè)二極管是用來(lái)做什么的呢？我們先來(lái)看下增加二極管前后的電壓變化：

這個(gè)二極管是續(xù)流二極管，它是用來(lái)鉗位繼電器斷開(kāi)瞬間產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)的。當(dāng)繼電器的線圈失電瞬間，會(huì)產(chǎn)生非常高的反電動(dòng)勢(shì)，通常能達(dá)到幾十伏至幾百伏，如不處理的話，就會(huì)擊穿驅(qū)動(dòng)電路或其他電子元件。而在續(xù)流二極管的鉗位下，就可以將它的幅值控制在0.7V左右，從而保護(hù)了電路板上的其他元件。

從傳統(tǒng)的電磁繼電器到無(wú)觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器，從精準(zhǔn)定時(shí)的時(shí)間繼電器到守護(hù)設(shè)備安全的熱繼電器，繼電器家族支撐著各類電路的穩(wěn)定運(yùn)行。

無(wú)論是工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備控制，還是智能家居控制，繼電器都在默默 “發(fā)力”。你在項(xiàng)目或生活中有遇到過(guò)哪些與繼電器相關(guān)的場(chǎng)景呢？