En aquest article estudiarem de manera exhaustiva un circuit de control de relé de transistors i aprendrem a dissenyar la seva configuració calculant els paràmetres a través de fórmules.
Importància del relé
Els relés són un dels components més importants dels circuits electrònics. Especialment en circuits on hi ha transferència d’alta potència o commutació de càrrega de corrent altern, els relés tenen el paper principal en la implementació de les operacions.
Aquí aprendrem com funcionar correctament un relé mitjançant un transistor i aplicar el disseny en un sistema electrònic per canviar una càrrega connectada sense problemes.
Per a un estudi en profunditat sobre com funciona un relé llegiu aquest article
Un relé, com tots sabem, és un dispositiu electromecànic que s’utilitza en forma d’interruptor.
És responsable de canviar una càrrega externa connectada als seus contactes en resposta a una potència elèctrica relativament menor aplicada a través d’una bobina associada.
Bàsicament, la bobina s’enrotlla sobre un nucli de ferro, quan s’aplica un petit CC a la bobina, s’energia i es comporta com un electroimant.
Un mecanisme de contacte amb molla situat molt a prop de la bobina respon immediatament i s’atrau cap a la força electroimant de la bobina energitzada. Al curs, el contacte connecta un dels seus parells i desconnecta un parell complementari associat amb ell.
El contrari succeeix quan el corrent continu s'apaga a la bobina i els contactes tornen a la seva posició original, connectant el conjunt anterior de contactes complementaris i el cicle es pot repetir tantes vegades com sigui possible.
Un circuit electrònic normalment necessita un controlador de relé que utilitzi una etapa de circuit de transistor per convertir la sortida de commutació de CC de baixa potència en una sortida de commutació de CA de xarxa d’alta potència.
No obstant això, els senyals de baix nivell d'un dispositiu electrònic que poden derivar-se d'una etapa IC o d'una etapa de transistor de baix corrent poden ser força incapaços de conduir directament un relé. Com que, un relé requereix corrents relativament més alts que normalment no estiguin disponibles des d’una font IC o una etapa de transistor de baix corrent.
Per superar el problema anterior, es fa imprescindible una etapa de control de relés per a tots els circuits electrònics que necessitin aquest servei.
Un controlador de relé no és res més que una etapa de transistor addicional connectada amb el relé que cal accionar. El transistor s'utilitza típicament i únicament per operar el relé en resposta a les ordres rebudes de l'etapa de control anterior.
Esquema de connexions
En referència al diagrama de circuits anterior, veiem que la configuració només inclou un transistor, una resistència de base i el relé amb un díode flyback.
Tanmateix, hi ha algunes complexitats que cal resoldre abans de poder utilitzar el disseny per a les funcions requerides:
Atès que la tensió de la unitat base al transistor és la font principal per controlar les operacions del relé, cal calcular-la perfectament per obtenir uns resultats òptims.
El valor de la resistència base és directament proporcional al corrent a través dels conductors del col·lector / emissor del transistor o en altres paraules, el corrent de la bobina del relé, que és la càrrega del col·lector del transistor, es converteix en un dels principals factors i influeix directament en el valor de la resistència base del transistor.
Fórmula de càlcul
La fórmula bàsica per calcular la resistència base del transistor ve donada per l’expressió:
R = (Us - 0,6) hFE / corrent de bobina de relé,
- On R = resistència base del transistor,
- Us = Font o tensió del disparador a la resistència base,
- hFE = Guany de corrent directe del transistor,
L'última expressió que és el 'corrent de relé' es pot trobar resolent la següent llei d'Ohm:
I = Us / R, on I és el corrent de relé requerit, Us és la tensió d’alimentació del relé.
Aplicació pràctica
La resistència de la bobina del relé es pot identificar fàcilment mitjançant un multímetre.
Nosaltres també serem un paràmetre conegut.
Suposem que el subministrament Us és = 12 V, la resistència de la bobina és de 400 ohms
Corrent de relé I = 12/400 = 0,03 o 30 mA.
També es pot suposar que l’Hfe de qualsevol transistor estàndard de baix senyal és d’uns 150.
Aplicant els valors anteriors a l'equació real que obtenim,
R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ Corrent de relé
R = (12 - 0,6) 150 / 0,03
= 57.000 Ohms o 57 K, el valor més proper és 56 K.
Tot i que el díode connectat a la bobina del relé no està relacionat amb el càlcul anterior, encara no es pot ignorar.
El díode s'assegura que la CEM inversa generada a partir de la bobina del relé sigui curta a través d'ella i que no es bolqui al transistor. Sense aquest díode, l’EMF posterior intentaria trobar un camí a través de l’emissor col·lector del transistor i, en el transcurs, danyaria el transistor permanentment, en qüestió de segons.
Circuit de control de relé mitjançant PNP BJT
Un transistor funciona millor com a commutador quan està connectat amb una configuració d’emissor comú, és a dir, l’emissor del BJT s’ha de connectar sempre directament amb la línia de “terra”. Aquí el 'terreny' es refereix a la línia negativa per a un NPN i la línia positiva per a un PNP BJT.
Si s’utilitza un NPN al circuit, la càrrega s’ha de connectar amb el col·lector, cosa que permetrà que s’encengui / apagui activant / desactivant la seva línia negativa. Això ja s'explica a les discussions anteriors.
Si voleu activar / desactivar la línia positiva, en aquest cas haureu d’utilitzar un PNP BJT per conduir el relé. Aquí el relé es pot connectar a través de la línia negativa del subministrament i el col·lector del PNP. Consulteu la figura següent per obtenir la configuració exacta.
Tanmateix, un PNP necessitarà un activador negatiu a la base per al desencadenament, de manera que, en cas que vulgueu implementar el sistema amb un activador positiu, és possible que hàgiu d'utilitzar una combinació de BJT NPN i PNP, tal com es mostra a la figura següent:
Si teniu alguna consulta específica sobre el concepte anterior, no dubteu a expressar-los a través dels comentaris per obtenir respostes ràpides.
Controlador de relé d’estalvi d’energia
Normalment, la tensió d’alimentació d’un funcionament d’un relé es dimensiona per garantir que el relé s’extreu de manera òptima. No obstant això, el voltatge de retenció requerit sol ser molt inferior.
Normalment no és ni la meitat de la tensió d’arrencada. Com a resultat, la majoria dels relés poden funcionar sense problemes fins i tot amb aquesta tensió reduïda, però només quan s’assegura que a la tensió inicial d’activació és suficientment alta per a l’arrencada.
El circuit que es presenta a continuació pot ser ideal per als relés especificats per treballar amb 100 mA o menys i amb una tensió d’alimentació inferior a 25 V. En utilitzar aquest circuit s’asseguren dos avantatges: en primer lloc, les funcions del relé fan servir un corrent substancialment baix en un la tensió nominal d'alimentació i el corrent reduïts a aproximadament 1/4 de la potència real del relé. En segon lloc, es podrien utilitzar relés amb un voltatge més alt amb rangs d’alimentació més baixos. (Per exemple, un relé de 9 V que es necessita per funcionar amb 5 V des d'un subministrament TTL).
El circuit es pot veure connectat a una tensió d'alimentació capaç de mantenir perfectament el relé. Durant el temps que S1 està obert, C1 es carrega mitjançant R2 fins a la tensió de subministrament. R1 està acoblat al terminal + i T1 roman apagat. En el moment que es presenta S1, la base T1 es connecta per subministrar-se a través de R1, de manera que s’encén i acciona el relé.
El terminal positiu de C1 es connecta a la terra comuna a través del commutador S1. Tenint en compte que aquest condensador inicialment s'havia carregat a la tensió d'alimentació, el seu terminal esdevé negatiu en aquest moment. La tensió a través de la bobina del relé arriba, per tant, a dues vegades més que la tensió d’alimentació, cosa que provoca el relé. El commutador S1 es podria substituir, certament, per un transistor de propòsit general que es pugui encendre o apagar segons sigui necessari.
Anterior: Com estalviar electricitat a casa: consells generals Següent: Com construir un circuit de piroignició: sistema electrònic d’encesa de piro
