详细剖析继电器和驱动电路原理

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电了设备中，是最重要的控制元件之一。继电器实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

继电器的继电特性：
继电器的输入信号 x 从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值 xx，继电器的输出信号立刻从 y=0 跳跃y=ym，即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量 x 继续增大，输出信号 y 将不再起变化。当输入量 x 从某一大于 xx 值下降到xf，继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。
一、继电器（relay）的工作原理和特性
1、电磁继电器的工作原理和特性

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
2、电路原理
2.1 继电器简单介绍
继电器是一种当输入量变化到某一定值时，其触头（或电路）即接通或分断交直流小容量控制回路。
2.2 工作原理

由永久磁铁保持释放状态，加上工作电压后，电磁感应使衔铁与永久磁铁产生吸引和排斥力矩，产生向下的运动，最后达到吸合状态。
3、晶体管驱动驱动电路
3.1 电路原理图
当晶体管用来驱动继电器时，推荐用NPN三极管。
具体电路如下：

当输入高电平时，晶体管T1饱和导通，继电器线圈通电，触点吸合。当输入低电平时，晶体管T1截止，继电器线圈断电，触点断开。
3.2 电路中各元器件的作用
（1）晶体管T1为控制开关。
（2）电阻R1主要起限流作用，降低晶体管T1功耗。
（3）电阻R2使晶体管T1可靠截止。
（4）二极管D1反向续流，为三极管由导通转向关断时为继电器线圈中的提供泄放通路，并将其电压箝位在+12V上。
4、集成电路驱动电路

目前已使用多个驱动晶体管集成的集成电路，使用这种集成电路能简化驱动多个继电器的印制板的设计过程。现在所用驱动继电器的集成电路主要有TD62003AP。
当2003输入端为高电平时，对应的输出口输出低电平，继电器线圈两端通电，继电器触点吸合；当2003输入端为低电平时，对应的输出口呈高阻态，继电器线圈两端断电，继电器触点断开。
24V 继电器的驱动电路：

继电器串联 RC 电路：
这种形式主要应用于继电器的额定工作电压低于电源电压的电路中。当电路闭合时，继电器线圈由于自感现象会产生电动势阻碍线圈中电流的增大，从而延长了吸合时间，串联上 RC 电路后则可以缩短吸合时间。
原理是电路闭合的瞬间，电容 C 两端电压不能突变可视为短路，这样就将比继电器线圈额定工作电压高的电源电压加到线圈上，从而加快了线圈中电流增大的速度，使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容 C 不起作用，电阻 R 起限流作用。
二、继电器额定工作电压的选择
继电器额定工作电压是继电器最主要的一项技术参数。
在使用继电器时，应该首先考虑所在电路（即继电器线圈所在的电路）的工作电压，继电器的额定工作电压应等于所在电路的工作电压。
一般所在电路的工作电压是继电器额定工作电压的0.86。注意所在电路的工件电压千万不能超过继电器额定工作电压，否则继电器线圈容易烧毁。
另外，有些集成电路，例如NE555电路是可以直接驱动继电器工作的，而有些集成电路，例如 COMS 电路输出电流小，需要加一级晶体管放大电路方可驱动继电器，这就应考虑晶体管输出电流应大于继电器的额定工作电流。
当晶体管用来驱动继电器时，必须将晶体管的发射极接地。具体电路如下：

NPN 晶体管驱动时：
当晶体管 T1 基极被输入高电平时，晶体管饱和导通，集电极变为低电平，因此继电器线圈通电，触点 RL1吸合。
当晶体管 T1 基极被输入低电平时，晶体管截止，继电器线圈断电，触点 RL1断开。