继电器控制电路模块及原理讲解

能直接带动继电器工作的CMOS集成块电路
　　在电子爱好者认识电路知识的的习惯中，总认为CMOS集成块本身不能直接带动继电器工作，但实际上，部分CMOS集成块不仅能直接带动继电器工作，而且工作还非常稳定可靠。本实验中所用继电器的型号为JRC5M－DC12V微型密封的继电器（其线圈电阻为750Ω）。现将CD4066 CMOS集成块带动继电器的工作原理分析如下：

　　CD4066是一个四双向模拟开关，集成块SCR1～SCR4为控制端，用于控制四双向模拟开关的通断。当SCR1接高电平时，集成块①、②脚导通，＋12V→K1→集成块①、②脚→电源负极使K1吸合；反之当SCR1输入低电平时，集成块①、②脚开路，K1失电释放，SCR2～SCR4输入高电平或低电平时状态与SCR1相同。
　　本电路中，继电器线圈的两端均反相并联了一只二极管，它是用来保护集成电路本身的，千万不可省去，否则在继电器由吸合状态转为释放时，由于电感的作用线圈上将产生较高的反电动势，极容易导致集成块击穿。并联了二极管后，在继电器由吸合变为释放的瞬间，线圈将通过二极管形成短时间的续流回路，使线圈中的电流不致突变，从而避免了线圈中反电动势的产生，确保了集成块的安全。
低电压下继电器的吸合措施
　　常常因为电源电压低于继电器的吸合电压而使其不能正常工作，事实上，继电器一旦吸合，便可在额定电压的一半左右可靠地工作。因此，可以在开始时给继电器一个启动电压使其吸合，然后再让其在较低的电源电压下工作，如图所示的电路便可实现此目的。
　　工作原理：

如图所示。V1为单结晶体管BT33C，它与R1、R2、R3和C1组成一个张弛式振荡器，SCR为单向可控硅，按下启动按钮AN1后，电路通电，因为SCR无触发电压，所以不导通，继电器J不动作，电源通过R4和VD1给电容C2迅速充电至接近电源电压（Vcc-VD1压降）。同时，电源经R1给电容C1充电。数秒后，C1上电压充到V1的触发电压，C1立即通过V1放电，在R3上形成一个正脉冲，该脉冲一路加到V2基极，使V2迅速饱和导通，V2集电极也即电容C2正极近于接地。由于此时C2上充有上正下负的正极性电压，所以C2负极也即J线圈一端呈负电位。R3上的正脉冲另一路经VD2、C3去触发可控硅导通，SCR阴极也即J线圈另一端接近电源电压。这时，J线圈实际上承受约两倍的电源电压，所以J1－1闭合，松开AN1后，J1－1自保。J1－2将V1、V2供电切断，继电器在接近电源电压下工作。图中，AN2为停止按钮，按下AN2，J失电释放，J1－1断开，整个控制电路失电。
　　制作本电路时，一般可取继电器的额定电压为电源电压的1.5倍左右，一般情况下，任何型号的单向可控硅（或双向可控硅）皆可满足本电路需要。V2、C1、C3的耐压视电源电压的高低选取。C2耐压最好不低于电源电压的两倍。
继电器的三种附加电路
　　继电器是电子电路中常用的一种元件，一般由晶体管、继电器等元器件组成的电子开关驱动电路中，往往还要加上一些附加电路以改变继电器的工作特性或起保护作用。继电器的附加电路主要有如下三种形式：

1.继电器串联RC电路：
电路形式如图1，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。
2.继电器并联RC电路：
电路形式见图2，电路闭合后，当电流稳定时RC电路不起作用，断开电路时，继电器线圈由于自感而产生感应电动势，经RC电路放电，使线圈中电流衰减放慢，从而延长了继电器衔铁释放时间，起到延时作用。
3.继电器并联二极管电路：
电路形式见图3，主要是为了保护晶体管等驱动元器件。当图中晶体管VT由导通变为截止时，流经继电器线圈的电流将迅速减小，这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压叠加后加在VT的c、e两极间，会使晶体管击穿，并联上二极管后，即可将线圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通电压，此值硅管约0.7V，锗管约0.2V，从而避免击穿晶体管等驱动元器件。并联二极管时一定要注意二极管的极性不可接反，否则容易损坏晶体管等驱动元器件。
无电感式模拟继电器
本文介绍一种无电感式模拟继电器，其电路原理如下图所示。

　　图中，220V电源经负载RL、R1、D1～D4、ZD1，为Q4、Q3在正负半周轮流提供偏置；同时经R3、D5～D8为光电耦合器Q1提供电源。当前级TTL电路输出高电平信号时，光电耦合器在市电正半周内导通，于是在R5两端产生压降，触发SCR导通，负载RL得电工作。整个电路的功能如同一只继电器，但不会产生反向感应电压，也就避免了负载被高反压击穿损坏的可能。C1、R6为脉冲吸收元件，R3起限流作用。
　　为避免RL为感性负载时，可控硅的电压与光电耦合器电源产生的90°相位，该电路中光电耦合器的电源取自SCR的阳极而不直接取自市电电源。
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。

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。