標籤:

開關三極體能替代中間繼電器么?


這是同事發給我的第四個問題。看了日誌,是2017年7月發布的。5個月過去了,題主應當不再關注回復,我就按我的想法來回復吧。

我們看圖1:

圖1中,我們看到了三極體T,因為控制對象是24V電壓下的燈HL,其電流達到208毫安,普通中小功率的三極體當然不能直接控制,必須藉助於繼電器去控制。

設繼電器的吸合電流是10毫安,吸合電壓是12V,再設三極體的共射放大倍數為30倍。注意到晶體管飽和後,Uce=0.3V,Ube=0.7V。我們取三極體基極電阻Rb的值為:

R_b=frac{eta (U_{in}-U_{beo})}{I_c}=frac{30	imes (6-0.7)}{10	imes 10^{-3}}approx15900Omegaapprox16kOmega

此時的基極電流為: I_b=frac{I_c}{eta}=frac{10	imes 10^{-3}}{30}approx 0.33mA

如此一來,我們就可以很輕鬆地控制HL燈的點燃與熄滅了。

由圖1我們看到,繼電器的特點是可以分合控制較大電流和較高電壓的負載;同時,繼電器的多組觸點還可以用來控制其它電路。

我們先來建立一個概念,叫做轉換深度h:

h=frac{R_{DK}}{R_{JT}}\R_{DK}斷開電阻,R_{JT}接通電阻

對於有觸點的繼電器來說, h=10^{10}sim 10^{14} ,而對於無觸點的三極體和晶閘管和其它元器件來說, h=10^{4}sim 10^{7} 。我們看到兩者相差十分懸殊。

轉換深度h越高,元器件在關斷狀態下的絕緣電阻也就越高,而在接通狀態下元器件的發熱就越低。

所以晶體管相對繼電器來說,它不能承受較高的工作電壓,而繼電器比晶體管要高得多;

同時,當晶體管導通後,它的發射極與集電極之間存在0.3V的壓降,因此晶體管在大電流流過時發熱嚴重。繼電器觸頭的帶載能力比晶體管要大得多。

我們再看第二個概念,叫做功率控制比Kp,它是受控負載的最大功率與信號最大功率之比。對於晶體管,Kp就等於電流放大倍數;對於繼電器,Kp等於繼電器觸點最大控制電流與繼電器線圈吸合電流之比。

在圖1中,晶體管的電流放大倍數為30,所以:

K_P=eta =frac{I_c}{I_b}=30

圖1中的繼電器,按常規它的觸點在12V電壓下的接通電流為2A,於是:K_P=frac{2}{10	imes 10^{-3}}=200

可見繼電器的功率控制比大於晶體管的功率控制比。

許多晶體管的放大倍數可以達到100以上,甚至可以超過200。但對於晶體管開關電路來說,穩定工作是第一位的,所以晶體管開關電路中的晶體管放大倍數一般取值為30到50,不建議超過50。

繼電器由於有觸點,則在高原條件下,電弧不容易熄滅。所以在高原條件下,一般要用相同觸點串聯使用,以加長電弧長度,使之更容易熄滅。

晶體管(晶閘管)中,則完全沒有電弧,這是它的最大優勢。也因此,在許多防爆要求高的場合,無觸點電器會用得更多。


三極體分極性,不能通交流電(在題主提問的本意(猜測)下),容易過電流過電壓擊穿,有壓降,有漏電流。反觀繼電器,應用場合就多得多。

當然,三極體好處是:響應快,壽命超長(正常使用條件下)


吐個槽,實驗室某同學,控制個LED因為不會用開關管,非要上繼電器模塊,又費電又慢還噠噠噠的響。誰攔得住哦。


可以,但不夠瓷實


推薦閱讀:

如何學習模擬電路和電路分析?

TAG:電子電路 |