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自己動手制作固態繼電器

知識百科

固態繼電器作為電子開關， 其通斷無機械接觸部件， 較普通電磁繼電器工作可靠、開關速度快、無噪聲與火化， 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品的開發中， 多用固態繼電器代替普通的電磁繼電器 。 固態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關部分組成 。 當然， 在已知輸入電壓變化范圍不大時， 我們可以將恒流部分省略掉 。 根據實際應用中負載供電電源是交流還是直流， 在制作時可選用不同類型的光電耦合器及功率開關元件 。 在供電電源為直流時， 光電耦合器可以選用4N系列(受光器件為光敏三極管)， 功率開關元件用晶體三極管或達林頓復合管；供電電源為交流時， 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二極管）， 功率開關元件用單向晶閘管或雙向晶閘管 。
【自己動手制作固態繼電器】工作原理
圖1為交流固態繼電器的原理圖 。 由R1、R2、VT1、VT2構成恒流電路， 保證控制電壓大范圍內變動時， 光電耦合器可靠地工作 。 控制端加上電壓時， 電流流過R1使VT2導通， 則VT1也導通， VT1發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R2的電流為0.6/R2， 則流過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 。 實測得， 在R1=47Ω， 控制電壓在3~30V之間變化時， VT2的集電極電流維持在11mA左右， 變化量不超過±1mA 。 光電耦合器實現了以光為介質的信號傳輸， 使輸入/輸出端可靠隔離， 隔離帶耐壓1kV以上 。 功率開關選用雙向晶閘管， R3為觸發限流電阻， R4與C串聯用來吸收瞬間的高電壓 。

自己動手制作固態繼電器

文章插圖

元器件選擇
恒流部分按圖中的參數選取元件， 均無特殊要求 。 圖1中的光電耦合器分別選用了4N25與MOC3063等便于購買的型號 。 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中標注了內部結構對應的引腳排列 。 功率三極管或晶閘管的選取決定了固態繼電器的帶負載能力， 圖1中T選用BT136、BCR3AM時， 負載電流最大為3A；選用BCR10AM時， 最大電流為10A 。 若負載電流小于1A， T可用MAC97A6等型號的小管， 這將使制成的成品體積大大減小 。 如果負載電流較大， 必要時需要給VT4和T加裝一定大小的散熱器 。 在負載電源為220V時， C的耐壓值不小于400V 。 筆者用的是彩電開關電源用的耐壓1kV的安規電容 。
制作步驟
整個電路十分簡單， 可以在一小塊多孔板上完成制作 。 制作時要注意輸入端與輸出端要盡量遠離， 特別是用于負載電源為交流220V時 。 筆者按圖1電路焊好的小板如題圖所示， 大小為30mm（長）×18mm（寬）×20mm（高） 。 留出了輸入/輸出端4個引腳 。 為了便于區分， 輸入端采用了較細的引線， 且正極留得較長；輸出端采用較粗的引線， 且兩根一樣長， 見圖3 。 這樣無需任何標示便可以根據引線對引腳排列一目了然 。 焊好的小板經測試無誤后可以用熱熔膠將其封成一個整體， 或者用大小適當的絕緣外殼裝起來 。 制作好的固態繼電器便可以在電路中取代電磁繼電器使用了 。 這種固態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 。 在本刊2008年第4期《DIY聲控流水彩燈》中， 將10個發光二極管換成這種固態繼電器來控制10組白熾彩燈（當然， 此時完全可以將恒流部分省略）， 應該有不錯的效果 。