用 PNP 管驱动继电器电路分析与验证

1万 · 2014-11-30 11:42

元件参数三极管：9012
继电器：DC12V，66.7mA，180Ω。
电路一：不好

1万 · 2014-11-30 11:42

有不少的设计采用这样的电路来驱动继电器，虽然同样能工作，但实际上这样做是不合理的，经过细致分析后会发现 Q3根本就不能完全饱合的。

估且我们不算 R1的阻值为多大，假设我们现在使 Q1基极电流最大，取 R1=0；当控制信号电压为0时， Q1 eb 极的电压为0.7V,同样 ec 极电压也为0.7V，而9012的管子在完全饱合的情况下 ec 极电压应为0.2V。很显然该管工作在非完全饱合状态；继电器上最大限度也只能获得11.3V 的电压。要想管子完全饱合，基极电流要足够大，那么基极需要电压为-0.7V 以下。

1万 · 2014-11-30 11:45

电路二：好

1万 · 2014-11-30 11:46

再来看看该电路当控制端电压为0时，Q1基极电压为（12-0.7=11.3V）,改变 R1的大小便可改变基极电流，当基极电流足够大时，三极管饱合。
为了验证以上的分析，我们搭了一个电路，R1取4.7K，此时基极电流为2.4ma，测得 Q1 ec 电压为0.2V,继电器两端电压为11.8V。
注意：R1的取值不能太小，要保证基极电流在安全范围，也不能太大，要保证三极管能完全饱合，这个可以通过电压和电阻算出来。

1万 · 2014-11-30 11:46

第一种电路能工作，那是因为继电器有较宽的电压范围，有时它欠电压也能勉强工作，但状况是不稳定的，因此我们在设计时不建议采用这种方式。
正确的电路应该是电路二，正确的连接方式，大小合适的基极电阻才能保证设计的合理和稳定性。

最后注明一下，本次实验采用的12V 继电器，因此该电路的控制极不能直接用单片机 IO 口驱动，否则会关不断。若选用5V 继电器则可以，原理同上一样。

1万 · 2014-11-30 11:51

1万 · 2014-11-30 11:52

1万 · 2014-11-30 11:53

说明：
VCC 是5V。

继电器串联 RC 电路：这种形式主要应用于继电器的额定工作电压低于电源电压的电路中。当电路闭合时，继电器线圈由于自感现象会产生电动势阻碍线圈中电流的增大，从而延长了吸合时间，串联上 RC 电路后则可以缩短吸合时间。原理是电路闭合的瞬间，电容 C 两端电压不能突变可视为短路，这样就将比继电器线圈额定工作电压高的电源电压加到线圈上，从而加快了线圈中电流增大的速度，使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容 C 不起作用，电阻 R 起限流作用。

1万 · 2014-11-30 11:53

基极和发射极的电阻的作用是：在没有正向偏置电压的情况下，保证基极的电压为零，防止三极管的受外部的干扰而误导通，其实就是为了保证可靠性。
具体的阻值的大小倒不绝对，10K、100K 都可以的，只是起到下拉的作用，电流非常很小的。

1万 · 2014-11-30 11:54

此继电器驱动电路已经验证通过，开和关状态良好，实际应用中最好把5V、24V 两组直流电源的地分开，再配合光藕实现真正的隔离效果。
但由于项目要求，继电器的切换速度跟不上，已经取消次此切换方案。此驱动大家可以参考下用在实际的设计中。

1万 · 2014-11-30 11:55

继电器电路小改进

继电器常安装在电器设备的内部，其工作状态不直观，笔者将其作如下图改进。在线圈两端接发光二极管 VD1，当控制电压为正时，三极管导通，继电器 J 吸合，同时发光二极管被点亮，表明继电器线圈已加上电源。发光二极管可装在外壳显眼之处。

1万 · 2014-11-30 12:02

继电器的正确使用
1、继电器额定工作电压的选择

继电器额定工作电压是继电器最主要的一项技术参数。在使用继电器时，应该首先考虑所在电路(即继电器线圈所在的电路)的工作电压，继电器的额定工作电压应等于所在电路的工作电压。一般所在电路的工作电压是继电器额定工作电压的0.86。注意所在电路的工件电压千万不能超过继电器额定工作电压，否则继电器线圈容易烧毁。另外，有些集成电路，例如 NE555电路是可以直接驱动继电器工作的，而有些集成电路，例如 COMS 电路输出电流小，需要加一级晶体管放大电路方可驱动继电器，这就应考虑晶体管输出电流应大于继电器的额定工作电流。

1万 · 2014-11-30 12:02

2、触点负载的选择

触点负载是指触点的承受能力。继电器的触点在转换时可承受一定的电压和电流。所以在使用继电器时，应考虑加在触点上的电压和通过触点的电流不能超过该继电器的触点负载能力。例如，有一继电器的触点负载为28V(DC)×10A，表明该继电器触点只能工作在直流电压为28V 的电路上，触点电流为10A，超过28V 或10A，会影响继电器正常使用，甚至烧毁触点。