固態(tài)繼電器的制作步驟及元器件選擇

固態(tài)繼電器作為電子開(kāi)關(guān)，其通斷無(wú)機(jī)械接觸部件，較普通電磁繼電器工作可靠、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)噪聲與火化，加上控制電流小，能與一般的CMOS電路兼容。因此，在日常的電子制作與電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，多用固態(tài)繼電器代替普通的電磁繼電器。固態(tài)繼電器一般由輸入恒流控制部分、光電耦合器隔離部分及輸出功率開(kāi)關(guān)部分組成。當(dāng)然，在已知輸入電壓變化范圍不大時(shí)，我們可以將恒流部分省略掉。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中負(fù)載供電電源是交流還是直流，在制作時(shí)可選用不同類型的光電耦合器及功率開(kāi)關(guān)元件。在供電電源為直流時(shí)，光電耦合器可以選用4N系列(受光器件為光敏三極管)，功率開(kāi)關(guān)元件用晶體三極管或達(dá)林頓復(fù)合管；供電電源為交流時(shí)，光電耦合器可選用MOC306x系列（受光器件可看作光控的雙向觸發(fā)二極管），功率開(kāi)關(guān)元件用單向晶閘管或雙向晶閘管。

工作原理

圖1為交流固態(tài)繼電器的原理圖。由R1、R2、VT1、VT2構(gòu)成恒流電路，保證控制電壓大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，光電耦合器可靠地工作?？刂贫思由想妷簳r(shí)，電流流過(guò)R1使VT2導(dǎo)通，則VT1也導(dǎo)通，VT1發(fā)射極與基極間電壓保持在0.6V左右，即R2兩端電壓約為0.6V，所以流過(guò)R2的電流為0.6/R2，則流過(guò)光電耦合器的電流也為0.6/R2，基本不隨控制電壓的變化而變化。實(shí)測(cè)得，在R1=47Ω，控制電壓在3~30V之間變化時(shí)，VT2的集電極電流維持在11mA左右，變化量不超過(guò)±1mA。光電耦合器實(shí)現(xiàn)了以光為介質(zhì)的信號(hào)傳輸，使輸入/輸出端可靠隔離，隔離帶耐壓1kV以上。功率開(kāi)關(guān)選用雙向晶閘管，R3為觸發(fā)限流電阻，R4與C串聯(lián)用來(lái)吸收瞬間的高電壓。

元器件選擇

恒流部分按圖中的參數(shù)選取元件，均無(wú)特殊要求。圖1中的光電耦合器分別選用了4N25與MOC3063等便于購(gòu)買的型號(hào)。這兩種光耦均采用雙列直插六腳封裝，外形如圖2所示，圖1中標(biāo)注了內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的引腳排列。功率三極管或晶閘管的選取決定了固態(tài)繼電器的帶負(fù)載能力，圖1中T選用BT136、BCR3AM時(shí)，負(fù)載電流最大為3A；選用BCR10AM時(shí)，最大電流為10A。若負(fù)載電流小于1A，T可用MAC97A6等型號(hào)的小管，這將使制成的成品體積大大減小。如果負(fù)載電流較大，必要時(shí)需要給VT4和T加裝一定大小的散熱器。在負(fù)載電源為220V時(shí)，C的耐壓值不小于400V。筆者用的是彩電開(kāi)關(guān)電源用的耐壓1kV的安規(guī)電容。

制作步驟

整個(gè)電路十分簡(jiǎn)單，可以在一小塊多孔板上完成制作。制作時(shí)要注意輸入端與輸出端要盡量遠(yuǎn)離，特別是用于負(fù)載電源為交流220V時(shí)。筆者按圖1電路焊好的小板如題圖所示，大小為30mm（長(zhǎng)）×18mm（寬）×20mm（高）。留出了輸入/輸出端4個(gè)引腳。為了便于區(qū)分，輸入端采用了較細(xì)的引線，且正極留得較長(zhǎng)；輸出端采用較粗的引線，且兩根一樣長(zhǎng)，見(jiàn)圖3。這樣無(wú)需任何標(biāo)示便可以根據(jù)引線對(duì)引腳排列一目了然。焊好的小板經(jīng)測(cè)試無(wú)誤后可以用熱熔膠將其封成一個(gè)整體，或者用大小適當(dāng)?shù)慕^緣外殼裝起來(lái)。制作好的固態(tài)繼電器便可以在電路中取代電磁繼電器使用了。這種固態(tài)繼電器的工作下限電壓低于3V，上限電壓高于30V，因此通用性很強(qiáng)。在本刊2008年第4期《DIY聲控流水彩燈》中，將10個(gè)發(fā)光二極管換成這種固態(tài)繼電器來(lái)控制10組白熾彩燈（當(dāng)然，此時(shí)完全可以將恒流部分省略），應(yīng)該有不錯(cuò)的效果。