Тема 2.3.4. Схемы и принцип работы полупроводниковых реле.

Простейшее полупроводниковое контактное реле.

Такие реле применяются в качестве устройств охранной сигнализации.

В исходном состоянии база транзистора VT соединена с его эмиттером отрезком тонкого медного провода R_шл, который называется шлейфом. Поскольку, сопротивление шлейфа очень мало (доли Ома), то между эмиттером и базой существует перемычка, поэтому потенциал базы будет равен потенциалу эмиттера. Поэтому эмиттерный переход транзистора и весь транзистор заперт, а значит по транзистору и катушке реле KL ток не течет. Поэтому контакты реле KL разомкнуты и сирена не работает.

При разрыве шлейфа R_шл эмиттер транзистора остается подключенным к источнику питания +Е_к, а на базу транзистора через резистор R_б подается отрицательное напряжение смещения от источника –Е_к. Поэтому эмиттерный переход включается в прямом направлении и открывается, следовательно, и открывается и весь транзистор. Начинает течь ток по цепи:

+Е_к → эмиттерный переход → коллекторный переход → катушка KL → - Е_к.

В результате реле KL срабатывает и своим контактом подключает сирену к источнику питания.

Полупроводниковое реле времени (таймер)

Предположим, что необходимо включить двигатель М не мгновенно, а с выдержкой времени 2 минуты. В исходном состоянии кнопка SB не нажата, поэтому конденсатор С заряжается до напряжения Uс»Ек по цепи:

+Е_стаб → R₁ → SB → С → -Е_стаб.

С верхней обкладки конденсатора на базу транзистора VT поступает положительное напряжение U_с= +4 В. От источника –Ек через резистор R₂ в эту же точку (на базу) поступает отрицательное напряжение смещения Uсм= -2В. В результате суммарное напряжение на базе U_б= U_с+ U_см=+4-2= +2В. Поэтому транзистор заперт, ток через него и катушку реле KL не течет и контакт реле KL в цепи питания двигателя М разомкнут.

При нажатии кнопки SB и фиксации ее в разомкнутом состоянии конденсатор С начинает разряжаться через резистор R₃. По мере разряда конденсатора положительное напряжение на базе транзистора будет уменьшаться:

↓U_б= ↓U_с+ U_см= ↓+2В.

Как только U_с станет близким к нулю суммарное напряжение на базе станет отрицательным:

- U_б = U_с+ U_см =0 – 2 = - 2В.

В результате транзистор открывается, реле KL срабатывает и своим контактом подключает двигатель М к питающему напряжению Еп.

Время, прошедшее с момента нажатия кнопки SB до момента включения двигателя называется выдержкой времени и зависит от величины резистора R₃ и емкости конденсатора С: чем больше емкость и чем больше сопротивление R₃ – тем больше выдержка времени.

СР

Полупроводниковое бесконтактное реле

Это реле используется в качестве системы автоматической охранной сигнализации. Датчиком системы служит герметический контакт (геркон) SK, а исполнительным устройством является электронная серена.

В исходном состоянии магнит находится в близи геркона SK, поэтому контакты геркона замкнуты и соединяют базу транзистора VT с эмиттером. Напряжение между базой и эмиттером равно нулю, транзистор заперт, а напряжение на его коллекторе Uк = - 4 В. Это напряжение через резистор R₃ подается на управляющий электрод тиристора VS, удерживая его в запертом состоянии. Если отклонить магнит влево, то контакты геркона SK разомкнутся, перемычка между базой и эмиттером пропадают и на базу транзистора через резистор R₁ поступает отрицательное напряжение смещения от –Е источника питания GB. В результате эмиттерный переход и весь транзистор открывается, через транзистор начинает течь ток. Напряжение на коллекторе транзистора уменьшится до значения Uк = - 0,7 В. Этот положительный перепад поступает на управляющий электрод тиристора VS. Тиристор открывается, подключая «+» источника питания GB к электронной сирене («-»источника питания подключен к сирене постоянно). Сирена начинает работать.

Достоинством этой схемы является то, что если вновь приблизить магнит к геркону, то транзистор VT закроется, но тиристор остается открытым и сирена продолжает работать. Для того, чтобы вновь это реле перевести в режим ожидания (в исходное состояние) необходимо приблизить магнит к геркону, кратковременно отключить источник питания GB и вновь его включить.