小電流控制大電流，你只知道三極管？還有一個器件也可以做到！你知道是什么嗎？

揭曉答案——就是它：繼電器！下面就從內部構成、類型，驅動電路，一起來認識一下繼電器吧。

01繼電器長什么樣？

繼電器是一種電控制器件，通過輸入回路小電流信號控制輸出回路大電流電路的接通或斷開，簡單的說，繼電器就是一個“電子開關”。

這種定義是早期對繼電器的狹義定義，通常指很常見的電磁繼電器或固態繼電器，隨著技術發展，繼電器家族也衍生出了一些變種，它們的觸發不依靠外部的電信號，而是依靠自身的設定參數動作，后面就會給大家介紹幾種常用的繼電器類型。

在電子系統中，繼電器的核心功能有以下三種：

控制能力，用小電流控制大電流；

隔離作用，控制信號和負載電路之間，通過繼電器隔，保護負載電路；

定時開關，安全保護，可以利用繼電器實現自動控制。

繼電器是如何實現這些功能的？這就要從它的內部結構說起了。

以極常見的電磁繼電器為例，它主要由磁路系統、觸點系統、復位系統以及支架組成。磁路系統由線圈、鐵芯、和銜鐵構成；觸點系統由動觸頭和靜觸頭構成；復位系統通常是彈簧或者彈片；支架將各個機構固定在確定位置。

雖然繼電器的種類不同，內部結構可能也略有不同，但基本原理都是類似的：

當線圈通電后，會產生磁場，鐵芯上就會產生磁力吸引銜鐵，當電磁力大于彈簧反力時，銜鐵帶動動觸頭向著靜觸頭閉合，此時，常開觸頭閉合，常閉觸頭斷開。當線圈失電后，鐵芯磁力消失，銜鐵釋放，依靠復位彈簧或者彈片的彈力，觸頭復位，此時，常開觸頭斷開，常閉觸頭閉合。

02常見的繼電器類型

繼電器的種類繁多，常用的有這些：

1）電磁繼電器

上面提到的電磁繼電器，是非常傳統的繼電器類型，它利用電磁體控制觸電開關。這種繼電器結構簡單，價格比較低，應用廣泛，但是它的機械觸電容易磨損。

2）固態繼電器

固態繼電器簡稱SSR，是一種無觸點電子開關，它是將半導體功率器件，如可控硅、MOSFET、IGBT，與隔離驅動電路設計封裝到一個模塊里，實現電路的導通與關斷。

根據控制方式和負載類型，SSR又可以分為直流控交流、直流控直流、交流控交流這幾種。

以直流控交流的固態繼電器為例，控制220V/50W的小燈。按照如下接好測試電路，信號端由穩壓電源提供，通過標識可以看到，它的控制信號是3V-32V的直流信號，被控端允許24V-480V的交流負載。所以穩壓電源設置輸出為5V，打開穩壓電源，SSR導通了，燈泡發光，關斷穩壓電源，SSR關斷，燈泡熄滅。

SSR的功率可以做的非常大，上面實驗的電流可高至25A，有的SSR過電流可達幾百A，所以這時候要注意，當被控負載的電流大到一定時，需要給SSR增加外部散熱器。

相對于電磁繼電器，固態繼電器有壽命長、響應快、控制精細、通斷無火花等優勢。

3）時間繼電器

顧名思義就是通過設置自身定時時間，延時執行動作的繼電器。根據延時方式，時間繼電器有通電延時型和斷電延時型兩種。在需要按時間啟動的系統中，時間繼電器應用廣泛。

以通電延時型時間繼電器為例，設置延時通電時間，連接好燈泡和測試電路。給它通電后，繼電器并沒有立即執行動作，而是計時器開始工作，當時間到達后，時間繼電器才會吸合，燈泡發光。

4）熱繼電器

熱繼電器是電氣控制系統中常用的過載保護電器，利用熱電流熱效應原理工作。

熱繼電器主要構成有熱元件、雙金屬片、觸點及動作機構。核心檢測部件，通常由雙金屬片和繞在雙金屬片上的加熱繞組組成。加熱繞組與被保護設備的主電路串聯，直接感受電路中的電流變化；雙金屬片由兩種熱膨脹系數不同的金屬片疊壓而成，一端固定，另一端與動作機構相連。

以電機為例，當電機正常運行時，熱元件產生熱量使雙金屬片緩慢彎曲，但不足以使觸點動作。當設備發生過載時，電流超過額定值，加熱繞組產生的熱量大幅增加，導致雙金屬片受熱膨脹彎曲，當達到一定程度后，通過推桿推動動作機構，使觸點系統中的主觸點斷開，切斷控制電路，進而切斷主電路電源，實現設備的過載保護。

此外，還有壓力繼電器，其工作原理與熱繼電器相似。

03如何驅動繼電器？

知道了繼電器的原理和結構，該如何驅動它們呢？

首先，系統中的主控，比如單片機，是不能直接驅動繼電器的。一是單片機的IO口輸出電流比較小，不能產生足夠的磁力。二是很多繼電器的線圈額定電壓是高于單片機的3.3V的。另外還有線圈的反向電動勢沖擊，會燒毀單片機IO口。

這個時候，就需要使用驅動電路了，常用的有這3種：

第一種是使用NPN晶體管驅動。當給晶體管基極給高電平信號，晶體管導通，繼電器得電吸合，當給低電平信號后，晶體管關斷，繼電器失電。

第二種是使用PNP晶體管驅動。它的控制邏輯與NPN管相反，當給晶體管基極給高電平信號，晶體管關斷，繼電器失電斷開，當給低電平信號后，晶體管導通，繼電器得電吸合。

NPN晶體管與PNP晶體管驅動電路

第三種就是使用達林頓管陣列驅動。這種適合多路繼電器驅動，可以簡化驅動設計，例如ULN2803可以同時驅動8路繼電器

達林頓管陣列驅動電路

這三種驅動電路，我們做了測試板， 具體的測試效果如下：

在驅動電路上，常常可以看到在繼電器的線圈上反并聯了一個二極管，這個二極管是用來做什么的呢？我們先來看下增加二極管前后的電壓變化：

這個二極管是續流二極管，它是用來鉗位繼電器斷開瞬間產生的反電動勢的。當繼電器的線圈失電瞬間，會產生非常高的反電動勢，通常能達到幾十伏至幾百伏，如不處理的話，就會擊穿驅動電路或其他電子元件。而在續流二極管的鉗位下，就可以將它的幅值控制在0.7V左右，從而保護了電路板上的其他元件。

從傳統的電磁繼電器到無觸點的固態繼電器，從精準定時的時間繼電器到守護設備安全的熱繼電器，繼電器家族支撐著各類電路的穩定運行。

無論是工業生產中的設備控制，還是智能家居控制，繼電器都在默默 “發力”。你在項目或生活中有遇到過哪些與繼電器相關的場景呢？