Транзистор вместо реле: На каких полевиках собрать замену эл. реле на 10A? — Хабр Q&A

против транзисторов: какой правильный выбор?

Не все действия пользователя должны выполняться механически — механические переключатели и кнопки не исчезнут из каждой электронной системы, но иногда вам необходимо электрическое срабатывание в системе, чтобы обеспечить режим переключения.

Когда вы решаете, использовать ли реле или транзисторы, какие критерии вы должны использовать при принятии решения? Независимо от того, какой из этих компонентов вы хотите использовать, вы можете найти данные о компонентах и ​​модели CAD, которые вам нужны, с помощью электронной системы поиска деталей. Давайте посмотрим, как выбрать и импортировать реле и транзисторы в качестве переключающих элементов для вашего следующего проекта.

Реле и транзисторы — это многополюсные устройства, обеспечивающие функции переключения. В обоих компонентах переключение приводится в действие приложением электрического напряжения/тока, но точный механизм, с помощью которого ток может протекать через переключатель, отличается в реле и транзисторах.

• Переключение реле: Реле представляет собой механический переключатель, приводимый в действие электрическим током для создания магнитного поля вблизи якоря. В катушке создается магнитное поле, которое закрывает или размыкает якорь механического переключателя.

• Переключение транзисторов: Транзисторы представляют собой полупроводниковые устройства, и электрическая проводимость канала проводимости модулируется путем подачи напряжения (для полевых транзисторов) или тока (для биполярных транзисторов) на третий вывод.

Поскольку эти компоненты пропускают ток через разные механизмы, они также имеют разные характеристики переключения. Они также предназначены для использования в различных ситуациях в зависимости от характера нагрузки, подключаемой к устройству, и источника питания. В таблице ниже показано сравнение различных применений реле и транзисторов.

Область применения и спецификация	Реле	Транзистор
Уровень мощности	Может использоваться с очень высокими напряжениями и токами, которые могут разрушить транзисторы.	Силовые транзисторы могут иметь напряжение пробоя до ~100 В и подавать десятки ампер.
Тип нагрузки	Может использоваться для питания различных нагрузок.	Подача питания на нагрузку должна быть тщательно спроектирована, чтобы транзистор не насыщался.
Частота переключения	Медленное переключение, не предназначенное для большого количества переключений или повторных переключений.	Может использоваться при очень быстром переключении на высокой частоте (например, ~100 кГц в источниках питания или ~2 ГГц в процессорах).
Сопротивление во включенном состоянии	Очень низкий; равно сопротивлению постоянного тока электрических контактов.	До ~ мОм для полевых МОП-транзисторов большой мощности.

Чтобы лучше понять, почему реле и транзисторы обычно используются в различных приложениях, полезно понять их электрическое поведение во время переключения и когда эти устройства достигают устойчивого состояния ВКЛ или ВЫКЛ.

Переходная характеристика

Это одна из областей, где реле действительно отличаются от транзисторов. Поскольку реле часто используются в системах высокого напряжения, якорь должен преодолевать большое расстояние при закрытии, поэтому время переключения довольно велико. Типичное время переключения для реле составляет десятки миллисекунд, тогда как время переключения для транзисторов большой мощности может достигать наносекунд (в миллион раз быстрее). Просто для сравнения: чрезвычайно быстрое переключение транзисторов происходит в высокоскоростных компонентах, таких как CPU/GPU/MPU, и в высокоскоростных протоколах передачи сигналов, таких как PCIe и DDR. Поэтому, если требуется очень быстрое переключение, лучшим выбором будет транзистор.

Поскольку транзисторы можно использовать для переключения питания, подаваемого на ИС, они в основном управляют емкостными нагрузками, и на выводе ИС наблюдается небольшая задержка отклика из-за его входной емкости. Сравните это с реле; индуктивность катушки реле создает выброс противо-ЭДС во время переключения, который может разрушить интегральные схемы. Эта обратная ЭДС обычно гасится обратным диодом, чтобы предотвратить повреждение других компонентов системы.

Изоляция

Активирующая цепь в реле гальванически изолирована от стороны реле, находящейся под напряжением, что обеспечивает высокий уровень безопасности при использовании реле для коммутации высокого напряжения. Напротив, транзистор не имеет никакой изоляции, и событие электростатического разряда на одном выводе может распространяться на два других вывода. Транзисторы, используемые в системах высокой мощности, которые нуждаются в некоторой защите от электростатического разряда, потребуют некоторых дополнительных компонентов для защиты пользователя и предотвращения повреждения цепей.

Питание постоянного и переменного тока

Реле можно использовать с питанием переменного или постоянного тока в очень широком диапазоне уровней мощности. Транзистор обычно предназначен для использования с питанием постоянного тока или цифровыми сигналами, но их можно использовать и с сигналами переменного тока. Однако транзистор должен быть тщательно спроектирован для работы в своем линейном диапазоне, чтобы предотвратить отсечение передаваемого сигнала переменного тока и создание гармонических искажений. По этой причине транзисторы менее желательны для использования в системах переменного тока большой мощности, но они по-прежнему полезны в качестве аналоговых компонентов, если они работают в линейном диапазоне.

Срок службы

Реле не предназначены для многократного включения, так как их электрические контакты со временем изнашиваются. Напротив, у транзистора нет движущихся частей, поэтому он будет иметь чрезвычайно долгий срок службы и может многократно переключаться без износа, пока он не будет работать за пределами своих абсолютных максимальных значений. Вот почему транзисторы используются в качестве переключающих элементов в импульсных источниках питания и силовых преобразователях.

Со временем контакты в верхней левой части этого изображения изнашиваются из-за трения и искрения

Если вам нужно найти и сравнить реле и транзисторы для вашей следующей конструкции, вы можете найти спецификации компонентов и модели CAD для ваших деталей с помощью функций поисковой системы электроники в Ultra Librarian. У вас будет доступ к проверенным моделям САПР, которые можно импортировать в популярные приложения ECAD, и вы сможете просматривать информацию о источниках от мировых дистрибьюторов.

Работа с Ultra Librarian настроит вашу команду на успех, гарантируя, что любой проект проходит через производство и проверку с точными моделями и посадочными местами для работы. Зарегистрируйтесь сегодня бесплатно .

Реле или транзистор? – Обмен стека электротехники

спросил 12 лет, 2 месяца назад

Изменено 5 лет, 8 месяцев назад

Просмотрено 104 тыс. раз

\$\начало группы\$

Боюсь, это довольно просто, но когда использовать реле, а когда транзистор? В реле изнашиваются контакты, так зачем вообще реле?

• транзисторы
• реле

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Реле являются двухпозиционными устройствами. Транзисторы могут иметь разное падение напряжения.

Реле намного медленнее транзисторов; обычно 50 мс для переключения, а возможно и больше. Некоторые типы транзисторов могут переключаться за пикосекунды (почти на 10 порядков быстрее).0003

Реле изолированы. Транзисторы могут быть (например, SSR), но часто нет.

Реле являются электромагнитными и создают проблемы с ними — например, попробуйте собрать релейный компьютер с большим количеством реле. Вы обнаружите, что в некоторых случаях реле будут мешать друг другу. Транзисторы не очень чувствительны к ЭМ. Они не излучают сильных электромагнитных помех.

Реле потребляют много тока во включенном состоянии, в отличие от большинства транзисторов.

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Реле обеспечивают полную изоляцию цепи включения и нагрузки.

Они могут переключать переменный и постоянный ток и активироваться переменным или постоянным током.

Они могут быть очень прочными.

Они также имеют то преимущество, что часто можно увидеть, срабатывает ли устройство, и во многих случаях можно даже услышать срабатывание.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Помимо всех правильных свойств, упомянутых Леоном, реле также имеют гораздо более низкое внутреннее сопротивление, фактически переключатель реле очень похож на прямой кусок провода.

Твердотельные переключатели любого другого типа (биполярные транзисторы, тиристоры, симисторы, IGBT) будут иметь определенное сопротивление и некоторое падение напряжения.

Во многих конструкциях, где переключение происходит нечасто и разработчик схемы не знает точно, что пользователь собирается переключать, хорошим выбором будет реле, поскольку оно переключает переменный или постоянный ток при огромном напряжении и токе. диапазон.

В конкретном приложении вы почти всегда можете найти полупроводниковый компонент, который сделает работу дешевле, чем реле, если вы можете обойтись без всей надежности и универсальности реле.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Реле являются хорошим выбором, когда нагрузка, которой необходимо управлять, потребляет более пары ампер и когда переключения не будут такими частыми.

Когда вам нужно разорвать (отключить) ток в несколько ампер, индуктивность нагрузки может вызвать всплески напряжения, которые повредят транзистор, если вы не добавите обратноходовой/фиксирующий диод для его защиты. Контакты реле, которые в основном представляют собой большие куски металла, имеют гораздо большую устойчивость к этому применению, но даже в этом случае отключение больших токов нагрузки в конечном итоге приведет к выгоранию контактов реле.

Если вам нужно что-то переключать быстрее, чем раз в секунду, реле, вероятно, будет иметь относительно короткий срок службы, и было бы целесообразно выбрать вариант с транзистором. Если вам не нужно переключать нагрузку быстрее, чем раз в 10 секунд, вы можете найти реле более экономичным. Как всегда, это компромисс дизайна.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Реле могут быть настроены на активацию очень многих различных уровней напряжения без регулировки. Вот почему их так часто можно увидеть в промышленном контроле. Например, скажем, я разрабатываю контроллер для клапана, для работы которого требуется переключение +15 В. Затем компания переключает клапан на управление по току, где выход не имеет ничего общего с фиксированным уровнем напряжения. Это простое изменение для реле (на самом деле без изменений) и, вероятно, сложное для MosFET.