開關的兩個重要特征:是否是瞬間接觸,開關有沒有一個中間斷開的位置。
瞬間開關包含主要的按鍵開關,用于只需要短暫接通或斷開的情況,瞬間接觸開關有常閉和常開兩種形式。
中心斷位開關在兩個接通位置之間附加了一個斷開位置。必須注意的是并不是所有的開關都有中心斷位或瞬間接觸的特性,這些特性必須說明。
繼電器分三類:機械繼電器,舌簧繼電器,固態(tài)繼電器。
舌簧繼電器:由一對簧片組成,只要電流流過簧片就會彎曲。中等電流500ma~1000ma以及中等開關速度的場合(0.2~2ms)。
機械繼電器:電流流過電磁線圈產(chǎn)生磁力把導電片由一個觸點拉向另一個觸點。用于大電流2~15A以及速度相對較慢的場合(10~100ms)。
固態(tài)繼電器:由半導體材料制成,只要在其半導體的PN結上外加電壓就可以使其呈開關狀態(tài)。適用電流范圍很寬。固態(tài)繼電器包括晶體管和晶閘管,無磨損問題,開關速度極高,導通電阻高。
固態(tài)繼電器的主要參數(shù)
輸入?yún)?shù):控制電壓,關斷電壓,開啟電流,控制電流,
輸出參數(shù):工作電壓,工作電流,通態(tài)壓降,泄漏電流,通斷時間,絕緣耐壓。
其他參數(shù):工作溫度,感性負載,阻性負載,冷卻條件(自然風冷)
固態(tài)繼電器由三部分組成:輸入電路,輸出電路,隔離(耦合)
輸入電路:電壓固定的信號采用阻性輸入,將電流控制在一定范圍。電壓變化范圍較大采用恒流電路。
固態(tài)繼電器的輸入輸出電路隔離和耦合有光電耦合和變壓器耦合兩種。
輸出電路:分為直流輸出,交流輸出和交直流輸出,直流輸出時可用雙極性器件或者場效應管,交流輸出時通常使用兩個可控硅或者一個雙向可控硅。
選型與注意事項:
固態(tài)繼電器的選型主要是選取適當?shù)念~定電流,而其額定電流需要根據(jù)不同的負載類型來選用,比如感性負載具有反電動勢,容性負載相當于短路等。
各種浪涌負載特性對固態(tài)繼電器的選擇:被控負載在接通瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌電流,由于熱量來不及散發(fā)可能會使內(nèi)部的可控硅損壞,所以應對被控負載的浪涌特性進行分析,然后再選擇繼電器選擇時可參考各種負載時的降額系數(shù)。
一般在選用時除了遵循上述規(guī)則,低電壓要求信號失真小時可選用場效應管做輸出的器件的直流固態(tài)繼電器,對于交流負載和多數(shù)感性負載,可選用過零型繼電器,可延長負載和繼電器的壽命,也減小自身的射頻干擾。做相位輸出時,應選用隨機性固態(tài)繼電器。
固態(tài)繼電器的優(yōu)點:
(1) 高壽命,高可靠:固態(tài)繼電器沒有機械零部件,有固體器件完成觸點功能,由于沒有運動的零部件,能在高沖擊高震動的環(huán)境下工作。
(2) 靈敏度高,控制功率小,電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入范圍較寬,驅(qū)動功率低,可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器和驅(qū)動器。
(3) 快速轉換:固態(tài)繼電器因為采用固體器件,所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。
(4) 電磁干擾小:固態(tài)繼電器沒有輸入線圈,沒有觸點燃弧和回跳,減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是零電壓開關,在零電壓處導通,零電流處關斷。
固態(tài)繼電器的缺點:
(1) 導通后的管壓降大,可控硅和雙向控硅的正向壓降可達1~2V,大功率晶體管的飽和壓降也在1~2V之間。
(2) 半導體器件關斷后仍有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流,不能實現(xiàn)理想隔離。
(3) 管壓降大,功耗和發(fā)熱量也大,大功率的固態(tài)繼電器體積遠大于同容量的電磁繼電器,成本高。
(4) 電子元器件的溫度特性和電子線路抗干擾能力較差,耐輻射能力也較差。
雙極型晶體管,通常斷開,NPN在BE之間加小電流與正向偏置電壓,PNP在BE之間加小電流與反向偏置電壓。允許EC之間有較大電流通過。小電流和電壓控制大電流。
結型場效益管,通常導通,N溝道GS之間加小的反偏電壓,P溝道GS之間加小的正偏電壓,不允許有較大電流通過DS。不需要柵極(D)電流。
結型場效應管的特性是當它們的柵極與源極之間沒有電壓差時,它是導通的。在實際應用中它的輸入阻抗會非常大,這個高阻抗意味著結型場效應管輸入極小或者不輸入電流,因而,對連接到柵極的外部元器件或者電路沒有影響----沒有電流從控制電路流出,也沒有不需要的電流進入控制電路。
金屬氧化物半導體場效應管(耗盡型,增強型)
增強型:通常斷開,N溝道GS之間加小的正偏電壓,P溝道GS之間加小的反偏電壓,允許有較大電流通過DS。不需要柵極(D)電流。
耗盡型:通常斷開,N溝道GS之間加小的反偏電壓,P溝道GS之間加小的正偏電壓,允許有較大電流通過DS。不需要柵極(D)電流。
晶閘管:可控硅(SCR)正常時關斷,當有一個小電流進入控制級(G)時,SCR導通,即使當控制級電流被除去,SCR依舊導通,為了關斷SCR,,其陽極到陰極的電流必須為零或者在陽極加一個比陰極更負的電壓。電流僅從陽極(A)到陰極(C)。