繼電器驅動電路可以用晶體管實現，如圖1所示。一般來講，繼電器控制的發作源，來自于數字電路，比如處理器或者FPGA，它一定是一個邏輯高低電平，圖中用一個非門表示其為數字量，非門的供電電壓為VDD。其輸出電平中，高電平會略低于VDD，低電平會略高于0V，且其輸出電流能力有限。關于此段話，可以參考數字電子技術課本。

圖1 繼電器驅動電路模型

電路工作原理為：當數字信號uCON為低電平，約為0~0.4V，此電壓不足以打通晶體管的發射結，晶體管處于截止狀態，圖中的RCoil，即繼電器的線圈，沒有電流流過，則繼電器的觸點保持在自然狀態：對單刀單擲型，為常閉或者常開，對單刀雙擲型，為接到左邊或者右邊，如圖所示。當數字信號uCON為高電平，約為2.4V以上，此電壓足以打通晶體管的發射結，且iB足夠大，使得晶體管處于飽和狀態，繼電器的線圈上會流過晶體管飽和電流，觸點就產生了吸合動作。

為了實現這個電路，我們需要知道繼電器的關鍵參數：額定電壓URT和額定電流IRT、或者線圈電阻RCoil。然后根據晶體管的β和集電極最大電流IMAX，選擇合適的電阻即可。具體方法是：

1)選擇供電電壓VCC=繼電器額定電壓URT;

2)選擇晶體管集電極最大電流IMAX遠大于繼電器額定電流IRT，且C、E擊穿電壓VCEO大于供電電壓VCC;

3)計算臨界飽和基極電流IBcrt：

4)根據戴維寧等效，可將輸入控制電壓uCON和兩個電阻分壓演變成開路電壓和串聯電阻的形式，實際基極電流約為：

5)選擇合適的電阻R1、R2，實現如下要求：

即，迫使晶體管進入深度飽和狀態。

對此電路，有如下幾點解釋：

第一，并聯于繼電器線圈的二極管，叫續流二極管，其作用在于線圈由通電狀態突然變為斷電狀態時，由于線圈存在較大電感，電流不能突變，如果沒有二極管，極高的di/dt會產生一個較大的電壓，引起空間干擾。這對電路周邊影響不好。有了這個二極管，在正常工作時，它反接不通，在突變時，能夠讓線圈中的電流，在無法流過晶體管時，從二極管流回線圈，進而抑制線圈中的電流突變。

第二，電路中選用兩個電阻分壓驅動發射結。按說，僅使用R1就可以了。增加電阻R2，能夠保證前端控制信號脫接時，即R1左側浮空時，晶體管基極不會出現浮空。對晶體管來說，浮空的基極是容易引入干擾的。另外，控制器發出的低電平，有時比0V要大，比如0.4V，這樣的結構有助于保證低電平時晶體管的完全關斷。

下面來設計一個單片機驅動電路中經常用到的典型電路，要求如下：數字控制信號來自3.3V供電的單片機STM32F103(電賽中經常用到的CPU)之GPIO口，繼電器為G6A單穩標準型，5V額定電壓，為它設計一個驅動電路。

解：首先查閱STM32F103數據手冊，可知在此供電情況下，單片機輸出高電平最小值為2.4V，輸出電流不小于8mA，輸出低電平最大值為0.4V，輸出電流不小于8mA。其次，查閱G6A數據手冊，可知5V額定電壓型的額定電流為40mA，即其線圈電阻為125Ω。以下開始設計。

1)選擇供電電壓為5V。

2)由于繼電器額定電流為40mA，供電電壓為5V。對絕大多數晶體管來說，都有100mA以上的最大電流，以及幾十V的VCEO，因此幾乎無需選擇。

據此設計電路基本結構如圖2所示，用Multisim仿真軟件仿真實現，把繼電器的線圈電阻設置為125Ω

圖2 驅動電路仿真圖(低電平時)

圖中用開關S1表示單片機發出的高低電平，選用的晶體管為2N2222A，這是一個小信號通用晶體管，我們實驗室經常用，期末課設就用它。其數據手冊截圖如下：

由上面截圖可知，反向擊穿電壓50V，而供電電壓只有5V，最大電流800mA，實際額定電流為40mA，因此安全。晶體管功耗為環境溫度25℃時不超過500mW，而實際工作時，晶體管導通時電流為40mA，C/E壓降約為0.5V以下，功耗不超過20mW，晶體管關斷時功耗更小。因此，選擇2N2222A是合適的。

繼續查閱2N2222A數據手冊，可知其β大于100。據此可選擇電路中的電阻。

先計算臨界飽和電流：

假設兩個電阻相等，計算控制電壓高電平時的基極電流為：

要保證此電流大于2~5倍的IBcrt，即0.8mA~2mA，R需小于1250Ω，設計中選擇R=1kΩ。

圖3 高電平時的各點電流

對此電路實施仿真，測得如下結果。

1)低電平輸入時，VF1=0.4V， VF3=0V，說明繼電器觸點處于關斷狀態(常開型)，VF2=5V，A1=9.75pA，A2=88.9pA，說明晶體管處于截止狀態。

2)高電平輸入時，VF1=2.4V， VF3=12 V，說明繼電器觸點處于導通狀態(常開型吸合狀態)，VF2=0.125V，A1=915uA，AM2=48.8mA，說明晶體管處于飽和導通狀態，而繼電器線圈流過電流接近額定電流40mA(仿真模型與實際電路有略微差別)。進一步測量控制源輸出電流，約為1.6mA，這說明本電路取用電流小于單片機能夠提供的8mA輸出電流，也是安全的。

至此，設計完畢，此類電路在單片機的驅動電路中非常常見，且R2經常省略，現在來看，在實際應用中R2還是不要省略的好，有利于提高電路的抗干擾能力!