开关与继电器基础知识

开关的两个重要特征:是否是瞬间接触,开关有没有一个中间断开的位置。
瞬间开关包含主要的按键开关,用于只需要短暂接通或断开的情况,瞬间接触开关有常闭和常开两种形式。
中心断位开关在两个接通位置之间附加了一个断开位置。必须注意的是并不是所有的开关都有中心断位或瞬间接触的特性,这些特性必须说明。
继电器分三类:机械继电器,舌簧继电器,固态继电器。
舌簧继电器:由一对簧片组成,只要电流流过簧片就会弯曲。中等电流500ma~1000ma以及中等开关速度的场合(0.2~2ms)。
机械继电器:电流流过电磁线圈产生磁力把导电片由一个触点拉向另一个触点。用于大电流2~15A以及速度相对较慢的场合(10~100ms)。
固态继电器:由半导体材料制成,只要在其半导体的PN结上外加电压就可以使其呈开关状态。适用电流范围很宽。固态继电器包括晶体管和晶闸管,无磨损问题,开关速度极高,导通电阻高。

固态继电器的主要参数

输入参数:控制电压,关断电压,开启电流,控制电流,
输出参数:工作电压,工作电流,通态压降,泄漏电流,通断时间,绝缘耐压。
其他参数:工作温度,感性负载,阻性负载,冷却条件(自然风冷)

固态继电器由三部分组成:输入电路,输出电路,隔离(耦合)

输入电路:电压固定的信号采用阻性输入,将电流控制在一定范围。电压变化范围较大采用恒流电路。
固态继电器的输入输出电路隔离和耦合有光电耦合和变压器耦合两种。
输出电路:分为直流输出,交流输出和交直流输出,直流输出时可用双极性器件或者场效应管,交流输出时通常使用两个可控硅或者一个双向可控硅。

选型与注意事项:

固态继电器的选型主要是选取适当的额定电流,而其额定电流需要根据不同的负载类型来选用,比如感性负载具有反电动势,容性负载相当于短路等。
各种浪涌负载特性对固态继电器的选择:被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流,由于热量来不及散发可能会使内部的可控硅损坏,所以应对被控负载的浪涌特性进行分析,然后再选择继电器选择时可参考各种负载时的降额系数。
一般在选用时除了遵循上述规则,低电压要求信号失真小时可选用场效应管做输出的器件的直流固态继电器,对于交流负载和多数感性负载,可选用过零型继电器,可延长负载和继电器的寿命,也减小自身的射频干扰。做相位输出时,应选用随机性固态继电器。

固态继电器的优点:

(1) 高寿命,高可靠:固态继电器没有机械零部件,有固体器件完成触点功能,由于没有运动的零部件,能在高冲击高震动的环境下工作。
(2) 灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好:固态继电器的输入范围较宽,驱动功率低,可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器和驱动器。
(3) 快速转换:固态继电器因为采用固体器件,所以切换速度可从几毫秒至几微秒。
(4) 电磁干扰小:固态继电器没有输入线圈,没有触点燃弧和回跳,减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是零电压开关,在零电压处导通,零电流处关断。

固态继电器的缺点:

(1) 导通后的管压降大,可控硅和双向控硅的正向压降可达1~2V,大功率晶体管的饱和压降也在1~2V之间。
(2) 半导体器件关断后仍有数微安至数毫安的漏电流,不能实现理想隔离。
(3) 管压降大,功耗和发热量也大,大功率的固态继电器体积远大于同容量的电磁继电器,成本高。
(4) 电子元器件的温度特性和电子线路抗干扰能力较差,耐辐射能力也较差。
双极型晶体管,通常断开,NPN在BE之间加小电流与正向偏置电压,PNP在BE之间加小电流与反向偏置电压。允许EC之间有较大电流通过。小电流和电压控制大电流。
结型场效益管,通常导通,N沟道GS之间加小的反偏电压,P沟道GS之间加小的正偏电压,不允许有较大电流通过DS。不需要栅极(D)电流。
结型场效应管的特性是当它们的栅极与源极之间没有电压差时,它是导通的。在实际应用中它的输入阻抗会非常大,这个高阻抗意味着结型场效应管输入极小或者不输入电流,因而,对连接到栅极的外部元器件或者电路没有影响----没有电流从控制电路流出,也没有不需要的电流进入控制电路。
金属氧化物半导体场效应管(耗尽型,增强型)
增强型:通常断开,N沟道GS之间加小的正偏电压,P沟道GS之间加小的反偏电压,允许有较大电流通过DS。不需要栅极(D)电流。
耗尽型:通常断开,N沟道GS之间加小的反偏电压,P沟道GS之间加小的正偏电压,允许有较大电流通过DS。不需要栅极(D)电流。
晶闸管:可控硅(SCR)正常时关断,当有一个小电流进入控制级(G)时,SCR导通,即使当控制级电流被除去,SCR依旧导通,为了关断SCR,,其阳极到阴极的电流必须为零或者在阳极加一个比阴极更负的电压。电流仅从阳极(A)到阴极(C)。
硅可控开关(SCS)。类似SCR,但是通过在其第四端加正电压脉冲可以关断,当负电压加在阳栅极也能触发,电流从阳极到阴极。
双向可控硅:类似SCR,双向开断,可开断交流,仅当控制级接受电流时双向可控硅导通,电流通过MT1H和MT2双向导通。

0R电阻的作用

1. 做跳线
2. 匹配参数不确定时用0R代替。
3. 模拟地和数字地单点接地。
4. 芯片电源旁边接电容

电容:

安规电容:电容器失效后不会导致电击,不危及人身安全的安全电容器。安规电容通常只用于抗干扰电路中的滤波作用。他们用在电源滤波器里面起到电源滤波作用,分别对共模和差模其滤波作用,出于安全考虑,一般在电源输入口。

 

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