基于晶体管的继电器驱动电路设计方案，基于晶体管的继电器驱动电路设计

很多朋友对基于晶体管的继电器驱动电路设计方案，基于晶体管的继电器驱动电路设计不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

继电器驱动电路可以用晶体管实现，如图1所示。一般来说，继电器控制的来源来自数字电路，如处理器或FPGA。必须是逻辑高低电平，在图中用一个非门表示为数字量，非门的电源电压为VDD。在其输出电平中，高电平将略低于VDD，低电平将略高于0V，并且其输出电流能力是有限的。这段话请参考《数字电子技术》教材。图1继电器驱动电路模型

电路的工作原理是：当数字信号uCON处于低电平时，大约0~0.4V，这个电压不足以打通晶体管的发射极结，晶体管处于截止状态。图中RCoil即继电器的线圈没有电流流过，因此继电器的触点保持自然状态：对于单刀单掷型为常闭或常开，对于单刀双掷型为左接或右接，如图所示。

当数字信号uCON处于高电平，约2.4V以上时，这个电压足以击穿晶体管的发射极结，iB大到足以使晶体管处于饱和状态，晶体管的饱和电流将流过继电器的线圈，触点产生吸合作用。

为了实现这个电路，我们需要知道继电器的关键参数：额定电压URT和额定电流IRT，或线圈电阻r coil。然后根据晶体管的和最大集电极电流IMAX来选择合适的电阻。具体方法如下：1)选择电源电压VCC=继电器额定电压URT2)选择晶体管的最大集电极电流IMAX远大于额定继电器电流IRT，C、E的击穿电压VCEO大于电源电压VCEO3)计算临界饱和基极电流IBcrt:

4)根据戴维宁等效，输入控制电压uCON和两个电阻可分为开路电压和串联电阻的形式，实际基极电流约为：5)选择合适的电阻R1、R2，达到以下要求：即迫使晶体管进入深度饱和状态。这个电路有几种解释：

首先，与继电器线圈并联的二极管称为续流二极管。它的作用是当线圈突然从导通状态变为关断状态时，由于线圈电感较大，电流不会突然变化。如果没有二极管，极高的di/dt会产生很大的电压，造成空间干扰。这对电路的外围有不良影响。

有了这个二极管，正常工作时，就不能反接了。在突变的情况下，线圈中的电流在不能流过晶体管时，可以从二极管流回线圈，从而抑制线圈中电流的突变。

其次，在电路中选择两个电阻来分压以驱动发射极结。按说，就用R1吧。加入电阻R2可以保证前端控制信号断开时，也就是R1左侧浮动时，晶体管基极不会浮动。对于晶体管来说，浮动基极容易引入干扰。另外，控制器发出的低电平有时大于0V，比如0.4V，这有助于保证晶体管在低电平时完全关断。

我们来设计一个单片机驱动电路中经常用到的典型电路。要求如下：数字控制信号来自3.3V电源的单片机STM32F103(电类比赛中常用的CPU)的GPIO口，继电器为G6A单稳态标准，额定电压为5V，因此为其设计了驱动电路。

解决方法：首先参考STM32F103的数据手册，我们可以知道在这个电源条件下，最小输出高电平为2.4V，输出电流不小于8mA，最大输出低电平为0.4V，输出电流不小于8mA。其次，参考G6A数据表，我们知道5V额定电压型的额定电流为40mA，即其线圈电阻为125。下面开始设计。1)选择电源电压为5V。

2)由于继电器的额定电流为40mA，电源电压为5V。对于大部分晶体管来说，有100mA以上的最大电流和几十V的VCEO，几乎不需要选择。所设计电路的基本结构如图2所示，通过Multisim仿真软件进行仿真。继电器的线圈电阻设置为125。图2中驱动电路的仿真图(低电平)。

图中用开关S1来表示单片机发出的高低电平，选用的晶体管为2N2222A，这是一种小信号通用晶体管，我们实验室常用，最后一节课用。资料图截图如下：

从上面的截图可以看出，反向击穿电压为50V，而电源电压只有5V，最大电流为800mA，实际额定电流为40mA，所以是安全的。晶体管在环境温度为25时功耗不超过500mW，但在实际工作中，晶体管导通时电流为40mA，C/E压降在0.5V以下，功耗不超过20mW，晶体管关断时功耗更小。所以选择2N2222A比较合适。继续参考2N2222A的数据手册，我们可以看到它的大于100。据此，可以选择电路中的电阻。首先计算临界饱和电流：

假设两个电阻相等，控制电压高时的基极电流计算如下：为保证电流大于IBcrt的2~5倍，即0.8mA~2mA，且R应小于1250，设计中选取R=1k。图3高电平下各点电流模拟该电路，得到以下结果。1)输入电平低时，VF1=0.4V，VF3=0V，表示继电器触点处于关断状态(常开型)，VF2=5V，A1=9.75pA，A2=88.9pA，表示晶体管处于关断状态。

2)高电平输入时，VF1=2.4V，VF3=12 V，说明继电器触点处于导通状态(常开吸合状态)，VF2=0.125V，A1=915uA，AM2=48.8mA，说明晶体管处于饱和导通状态，流经继电器线圈的电流接近额定电流40mA(仿真模型与实际电路略有不同)。进一步测量控制源的输出电流，约为1.6mA，说明此电路汲取的电流小于单片机所能提供的8mA输出电流，也是安全的。

至此，设计完毕，此类电路在单片机的驱动电路中非常常见，且R2经常省略，现在来看，在实际应用中R2还是不要省略的好，有利于提高电路的抗干扰能力!

以上知识分享希望能够帮助到大家！