電磁繼電器（electromagnetic relay）是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（輸入回路）和被控制系統(tǒng)（輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種開關(guān)控制方式，在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

電磁繼電器的原理圖符號(hào)有很多，各種EDA設(shè)計(jì)軟件自帶的符號(hào)也不一樣，《電子制作站》標(biāo)準(zhǔn)原理圖符號(hào)如下圖所示：

電磁繼電器主要由觸點(diǎn)簧片、銜鐵、線圈、鐵芯等部件組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：

通常，我們把繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”，處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”，以上兩者共用的動(dòng)觸點(diǎn)稱為“公共觸點(diǎn)”。

當(dāng)線圈兩端沒(méi)有施加電壓時(shí)，線圈沒(méi)有產(chǎn)生磁力，彈簧的拉力使公共觸點(diǎn)與常閉觸點(diǎn)接觸，此時(shí)被控電源與用電器沒(méi)有連通，用電器負(fù)載不工作，如下圖所示：

當(dāng)線圈兩端施加一定的電壓時(shí)，線圈電流使鐵芯產(chǎn)生磁力將銜鐵吸下來(lái)，從而使公共觸點(diǎn)與常開觸點(diǎn)接觸，從而使被控電源與用電設(shè)備連通，用電器負(fù)載開始工作，如下圖所示：

這樣的開關(guān)控制方式可以獲得兩個(gè)好處，其一是控制電路與被控電路是相互絕緣隔離的，因此，被控電路即使有高壓大電流也不會(huì)影響控制系統(tǒng)，正如同光電耦合器隔離前后級(jí)電路的效果一致，如下圖所示：

其次，控制線圈的信號(hào)可以是弱信號(hào)（如5V），而被控制電源可以是強(qiáng)信號(hào)（如220VAC@10A），這就是我們常說(shuō)的“四兩拔千斤”的道理。

電磁繼電器在實(shí)際應(yīng)用中，通常都會(huì)使用三極管或MOS管代替開關(guān)，以達(dá)到用電器負(fù)載的自動(dòng)化控制（如通過(guò)單片機(jī)），其最基本的應(yīng)用電路如下圖所示：

當(dāng)輸入電壓VI為高電平“H”時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通相當(dāng)于閉合的開關(guān)，繼電器開始動(dòng)作，其等效電路如下圖所示：

當(dāng)輸入電壓為低電平“L”時(shí)，三極管截止相當(dāng)于斷開的開關(guān)，線圈中沒(méi)有電流而導(dǎo)致繼電器回復(fù)初始狀態(tài)，如下圖所示：

那為什么要在繼電器線圈上并聯(lián)一個(gè)二極管呢？我們可以看看沒(méi)有并聯(lián)二極管時(shí)電路會(huì)出現(xiàn)什么情況，我們使用下圖所示的電路參數(shù)仿真一下：

其中，L1相當(dāng)于電磁繼電器中的線圈，當(dāng)開關(guān)進(jìn)行閉合與斷開動(dòng)作時(shí)，其波形如下圖所示：

當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電壓波形還是正常的，但是當(dāng)開關(guān)斷開的一瞬間，電感將產(chǎn)生很高的電壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電源電壓值（上圖中的峰值未完全顯示），普通的電磁繼電器使用3904或8050之類的通用三極管就完全可以驅(qū)動(dòng)了，其集電極-發(fā)射極最高耐壓值也就幾十伏，如下圖所示（來(lái)自DIODES三極管MMBT3094數(shù)據(jù)手冊(cè)）：

當(dāng)控制開關(guān)斷開的瞬間，由于電感中的電流不能突變，將會(huì)產(chǎn)生上負(fù)下正極性的反向電動(dòng)勢(shì)，如下圖所示：

這個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)的峰值就非常高，三極管的集電極將承受電源電壓VCC與電感反向電動(dòng)勢(shì)串聯(lián)的高壓VL（相當(dāng)于升壓電路），此時(shí)電路如下圖所示：

這時(shí)三極管Q1集電極的承受的電壓為VCC+VL，很有可能超過(guò)三極管的集電極-發(fā)射極極限電壓VCEO而擊穿三極管，因此，我們可以在線圈兩端并聯(lián)一個(gè)二極管再仿真一下，如下圖所示：

其電壓波形如下圖所示：

開關(guān)管斷開瞬間的反向電動(dòng)勢(shì)有了一些改善，但反向電動(dòng)勢(shì)還是非常高，蝦米情況？其實(shí)二極管并聯(lián)是沒(méi)有錯(cuò)的，只不過(guò)型號(hào)不是很適合。普通二極管的單向?qū)щ娞匦匀Q于P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成的PN結(jié)，由于結(jié)電容的存在，反應(yīng)時(shí)間并不太短，開關(guān)斷開的瞬間，二極管還來(lái)不及導(dǎo)通，相當(dāng)于沒(méi)有接二極管一樣。

肖特基二極管（也稱肖特基勢(shì)壘二極管，Schottky Barrier Diode，SBD）的單向?qū)щ娦允怯山饘倥c半導(dǎo)體接觸形成的，它的特點(diǎn)是開關(guān)速度快，我們用肖特基二極管替換后再重新仿真一下，如下圖所示：

其波形如下圖所示：

其實(shí)瞬間還是有一點(diǎn)點(diǎn)的反向電壓，但已經(jīng)控制在可以接受的范圍內(nèi)了。

從電磁繼電器的控制原理可以看出，繼電器線圈電壓是沒(méi)有正負(fù)之分的，因?yàn)闊o(wú)論是正向反向電流，產(chǎn)生的都是對(duì)鐵的吸力（這里沒(méi)有同極相斥異極相吸的說(shuō)法，那是對(duì)兩塊磁鐵而言的），當(dāng)然，有些繼電器可能內(nèi)部加了些功能部件，比如續(xù)流二極管、指示燈之類的，這時(shí)候應(yīng)該嚴(yán)格參考規(guī)格書進(jìn)行電壓極性的施加，否則將燒毀輔助元件，如下圖所示：

繼電器的觸點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，因此不得不提及觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，我們常常說(shuō)常閉、常開就是開關(guān)的類型，再結(jié)合開關(guān)的數(shù)量，可以衍生出很多繼電器觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

我們來(lái)看看數(shù)據(jù)手冊(cè)中是怎么表達(dá)觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的，如下圖所示：（來(lái)自Panasonic繼電器AGN2004H數(shù)據(jù)手冊(cè)）

其中，Arrangement即表示觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，這里“2 Form C”表示該繼電器內(nèi)部包含有兩個(gè)“C類開關(guān)”（它們由一個(gè)線圈來(lái)控制）。

繼電器的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)通常有3種，即

◆ 常開觸點(diǎn)（normally open）：Form A或NO（中國(guó)代號(hào)：H）

◆ 常閉觸點(diǎn)（normally closed）：Form B或NC（中國(guó)代號(hào)：D）

◆ 轉(zhuǎn)換型觸點(diǎn)（changeover）：Form C或CO（中國(guó)代號(hào)：Z）

相應(yīng)的符號(hào)如下圖所示：

實(shí)際的繼電器可能有多種組合方式，比如1a、1b、1c、1a1b等等，有些規(guī)格書直接也是這樣來(lái)表示的，其含義與上面是完全一樣的，如下圖所示：（下圖來(lái)自歐姆龍繼電器G5V-1數(shù)據(jù)手冊(cè)）

電磁繼電器的觸點(diǎn)是一個(gè)非常關(guān)鍵部位，也是很多工程師容易忽略的地方，在很多場(chǎng)合也需要添加相應(yīng)的保護(hù)電路，我們下一節(jié)再詳細(xì)談?wù)動(dòng)|點(diǎn)的應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅