探秘单片机开发板中的继电器驱动

在单片机相关领域的研究中，继电器作为单片机开发板标配之一，发挥着重要的作用。

在学习如何将单片机的IO端口配置为输出时，我们常常需要了解继电器的驱动原理。

继电器资缘网将深入介绍两种常见的继电器驱动方式，分别基于NPN型和PNP型三极管，为您揭示其工作原理和设计思路。

NPN型三极管驱动继电器

在NPN型三极管驱动继电器的设计中，继电器被连接到三极管的集电极位置，并通过一个反向的二极管连接继电器的线圈。

以下是其基本电路图：

在上图中，基极处的电阻限制了基极电流，以防止对三极管造成损害。

此外，插入基极与发射极之间的下拉电阻在单片机IO端口初始设定时，确保基极被拉至低电平，防止误操作。

当基极信号为高电平时，三极管导通，继电器线圈接收电源，继电器触点动作。反之，基极信号为低电平时，三极管截至，继电器失去电源，触点复位。

PNP型三极管驱动继电器

采用PNP型三极管进行继电器驱动时，电路图如下：

图中的设计与NPN型类似，同样包含限流电阻和上拉电阻。当基极信号为低电平时，三极管导通，继电器线圈接收电源，触点响应。

反之，基极信号为高电平时，三极管关闭，继电器失去电源，触点返回初始状态。

不管采用哪种驱动方式，继电器线圈都加入了一颗反向的二极管，称为“续流二极管”。

这是为了应对断电瞬间产生的反向电动势，防止其对三极管造成损害。

通过这样的设计，我们能够确保在断电瞬间为反向电动势找到释放途径，保障三极管的稳定性。

继电器驱动电路的设计是单片机开发板中常见而关键的一部分，深入了解其原理可以帮助开发者更好地应用和配置单片机的IO端口。

这些基础的电路设计理念为单片机开发提供了坚实的基础，为更复杂的嵌入式系统开发打下了基础。

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单片机驱动继电器

之前说过，单片机的拉电流和灌电流有限，即输出驱动能力有限，要驱动继电器这类大功率的器件该怎么办呢，答案很简单：用三极管。器件参数该如何确定呢？

手上有一个HFD23的5V继电器，下面看一下其参数。

可以看出：

线圈的电阻为125Ω；

线圈的功率为200mW;

继电器的额定电压为5V；

由此可以计算出继电器的吸合电流，两种计算方式：

I=0.2mW/5V=40mA；

I=5V/125Ω=40mA；

下面看三极管的参数：

参数解释如下：

PCM是集电极最大允许耗散功率；

ICM是集电极最大允许电流；

BV（CEO）是三极管基极开路时，集电极-发射极反向击穿电压；

fT是特征频率；

hFE是放大倍数；

为了保证电路的稳定性，要求：

三极管的PCM功率至少是继电器额定功率的两倍，PCM≥0.4W；

三极管的ICM电流至少是继电器吸合电流的两倍，ICM≥80mA；

三极管的BV耐压至少是继电器额定电压的两倍，BV≥10V；

由此可以看出这四款三极管都能满足需求，为了稳定性考虑，我们选用NPN的S8050。控制电路图如下所示：

思考：在实际应用中，上图会不会存在问题？

由于继电器的线圈是感性器件，变化的电流通过线圈时线圈会产生自感电动势，根据法拉第定律，自感电动势的大小与通过线圈的电流变化率（线圈内磁通变化率）成正比。所以当断开电源瞬间电流变化率很大，线圈将产生高于电源电压数倍的自感电动势，并与电源电压叠加,该电压可能造成三极管极被击穿，从而造成电路崩溃。

解决方案

为了消除这个感生电动势的有害影响，在继电器线圈两端反向并联抑制二极管，以吸收该电动势。自感电压与电源电压之和对二极管来说却是正向偏压，使二极管导通形成环流。感应的高电压就会通过回路释放掉，保证了三极管的安全。这个二极管也叫作续流二极管。正确电路图如下所示：

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