繼電器簡介

前言

為了使用繼電器，我上網做了一些功課，底下摘要整理我所吸收到的資訊:

什麼是繼電器?

▲ 各式各樣的繼電器 (圖片來源: http://kjsconsulting.biz/ )

繼電器 (Relay) 是一種可以讓小電力控制大電力的開關。例如，小電壓的電池或者是微控制器，只要用繼電器就可以切換馬達 (motors)、變壓器 (transformers)、電暖爐 (heaters)、燈泡 (bulbs) 等大電流設備的開關。

繼電器的運作原理可參考下圖:

 

   
▲ 控制繼電器的電路

當微控制器送出訊號時，電晶體會打開使得電流流進線圈，當微控制器關閉訊號時，電晶體會關閉形成斷路，電流就不會流通，不會驅動繼電器中的線圈。

當電流流經線圈 (激磁) 的時候，線圈產生的磁力會使得繼電器的銜鐵 (lever) 被吸引而改變接觸點，而當流經線圈的電流消失後，銜鐵會因為彈簧的反作用力返回原來的位置，因此利用電磁的吸合與釋放就可以控制大電力設備的開關。輸入電路 (小電力) 和輸出電路 (大電力) 之間是沒有實際電氣接觸的，非常安全，如果輸出電路有 120VAC 的電通過，不用擔心 120VAC 會弄壞你的微控制器。在打開繼電器線圈被激磁的時候，你會聽到一個吸合的聲音 (嗒的一聲)。底下是一個透明的 SPDT (Single Pole Double Throw, 單刀單擲) 繼電器的圖，你可以清楚的看到它的線圈。

▲ 12V SPDT 繼電器 (圖片來源: Arduino for beginners)

繼電器線圈激磁所需的電流會比較大一些，通常是 30mA/12V，大部份的微控制器沒有辦法提供這麼大的電流，因此通常會接一顆 NPN 電晶體來放大電流。

另外，要特別注意一件事，在關閉繼電器的時候，線圈會產生一個短暫的反電動勢 (Back Electro Motive Force)，反電動勢可能會把電晶體與微控制器給弄壞掉，為了避免損毀，必須在線圈上並聯一顆反向二極體 (如 1N4004~1N4007, 1N4148) 以洩放突波。

繼電器的接線

繼電器有很多形式，比較常見的是 SPDT (Single Pole Double Throw, 單刀單擲) 或 DPDT (Double Pole Double Throw, 雙刀雙擲) 這兩種開關，如下圖所示:

 

其中:

• COM (Common) 為共接點
• NO (Normal Open) 為常開接點，平時與 COM 成開路狀態，線圈激磁時與 COM 導通
• NC (Normal Closed) 為常關接點，平時與 COM 導通，線圈消磁時與 COM 成開路狀態

繼電器的接點似乎也稱為端子 (Terminal)，如 COM 端子、NO 端子以及 NC 端子。

以 SPDT 繼電器而言，加上線圈的 2 支接腳，總共是 5 支接腳，至於 DPDT 繼電器，加上線圈的 2 支接腳，總共是 8 支接腳。在接線的時候，一定要看繼電器的 datasheet 參考它的接線圖。

關於 SPDT, DPDT 等開關的種類，請見「如何閱讀電路圖」一文的介紹。

選擇繼電器的注意事項

在選擇繼電器的時候，有幾個需要考慮的事情:

1. 線圈額定電壓 (Coil Rating Voltage): 要注意線圈激磁所需的電壓。很多繼電器用的都是 12V 的，不過也有 5V 跟 24V 的繼電器。
2. 開關額定電壓與電流 (Switch Rating Voltage and current): 要注意繼電器可以驅動開關的電壓與電流有多大。

通常繼電器上都會標示線圈電壓與開關電壓電流，以底下這個 RAS-0515 小型繼電器為例，它的線圈電壓是直流 5V，開關電流與電壓為 15A/120VAC (24VDC), 10A/250VAC:

▲ RAS-0515

而底下這個 BS-115C 繼電器，它的線圈電壓是直流 12V，而開關電流與電壓則為 12A/120VAC, 10A 240VAC (28VDC):

▲ BS-115C 繼電器

延伸閱讀

• Relay – Wikipedia
• How to drive relays with the Arduino
• 如何閱讀電路圖 (SPST, SPDT, DPDT 等開關的介紹)
• 電驛 (Relay)