Panduan Ahli Rangkaian Saklar Relai Elektronik: Desain NPN, PNP, dan Saluran N/P Channel
Diagram Rangkaian Saklar Relai Elektronik dan Cara Kerjanya
Berkat berbagai macam perangkat listrik dan elektronik yang dikategorikan sebagai perangkat Output, perangkat ini digunakan untuk mengontrol atau mengoperasikan proses fisik eksternal pada mesin atau alat. Perangkat output ini umumnya disebut Aktuator.
Aktuator mengubah energi listrik menjadi unit fisik seperti gaya, kecepatan, dan lain-lain. Relai adalah aktuator biner dengan dua kondisi stabil. Dalam artikel ini, kita akan membahas rincian rangkaian saklar relai, desainnya, dan fitur-fiturnya.
Apa itu Relai Listrik?
Ini adalah saklar yang dioperasikan secara listrik yang hadir dalam berbagai bentuk, ukuran, dan daya tahan. Relai listrik cocok untuk hampir setiap jenis aplikasi. Relai dapat memiliki satu atau beberapa kontak dalam satu paket. Relai daya besar terutama digunakan untuk aplikasi pemutusan tegangan jaringan atau arus tinggi yang disebut “Kontaktor”. Mari kita lihat klasifikasi Relai.
- Postingan Terkait: Penguat Sirkuit Elektronik – Skematik dan Cara Kerja
Relai listrik secara dasar dibagi menjadi dua subkategori, yaitu:
Relai Elektromekanis:
Seperti namanya menunjukkan, relai elektromekanis adalah perangkat elektromagnetik. Secara dasar, itu mengubah fluks magnet yang dihasilkan oleh penerapan sinyal kontrol listrik menjadi gaya tarik mekanis yang mengoper kontak listrik dalam saklar relai. Bentuk paling sederhana dan umum dari relai elektrokimia terdiri dari kumparan penguat yang dililit di sekitar inti besir permeabel. Kumparan penguat ini juga disebut rangkaian primer.
Relai elektrokimia digunakan dalam kontrol listrik dan elektronik umum atau rangkaian pemutusan. Ini dipasang langsung pada papan PCB atau dihubungkan sebagai unit mandiri. Dalam konfigurasi mandiri, arus beban biasanya berfungsi pada satu ampere.
- Postingan Terkait: Perbedaan Antara Relai dan Penguat Sirkuit
Konstruksi Relai Elektromekanis
Relai dikonfigurasi dalam dua mode, yaitu “Terbuka Biasa”, atau “Tertutup Biasa”. Satu pasang kontak disebut Kontak Terbuka Biasa (NO) atau kontak buat dan satu set lainnya yang disebut Kontak Tertutup Biasa (NC) atau kontak putus.
Sekarang, dalam posisi “terbuka” biasanya, kontak hanya tertutup ketika arus medan “ON”. Dalam posisi “ON” biasanya, kontak saklar ditarik terhadap kumparan induktif. Salah satu bagian terpenting dari setiap relai listrik adalah kumparan. Kumparan ini mengubah arus listrik menjadi fluks elektromagnetik. Fluks magnet ini digunakan untuk mengoper kontak relai secara mekanis. Masalah terbesar dengan kumparan relai adalah bahwa mereka adalah “beban induktif tinggi”. Kumparan relai umumnya terbuat dari kumparan kawat.
Saat arus mengalir melalui kumparan, medan magnet yang diinduksi sendiri dihasilkan di sekitarnya. Saat arus di matikan “OFF” dalam kumparan, tegangan back emf besar dihasilkan. Ini karena tabrakan fluks magnet dengan kumparan. Nilai tegangan balik yang diinduksi sangat tinggi dibandingkan dengan tegangan pemutusan. Tegangan ini cukup kuat untuk merusak perangkat semiconductor seperti transistor, FET, atau mikrokontroler yang digunakan untuk mengoper relai.
Catatan: Istilah “Terbuka Biasa” dan “Tertutup Biasa “atau Kontak Buat dan Putus merujuk pada kondisi kontak listrik ketika kumparan relai “tidak dienergikan”, yaitu, tidak ada tegangan pasokan yang terhubung ke kumparan relai.
Satu hal penting untuk diingat tentang penggunaan relai listrik adalah “Tidak disarankan untuk menghubungkan kontak relai secara paralel untuk menangani arus beban yang lebih tinggi”. Contoh: Jangan pernah mencoba menyuplai beban 10A dengan dua kontak relai secara paralel yang masing-masing memiliki rating kontak 5A.
Kontak relai dibuat menggunakan bagian konduktif yang memungkinkan arus melewatinya saat kontak bersentuhan. Mereka dirancang seperti saklar. Begitu kontak terbuka, resistensi antara kontak menjadi sangat tinggi. Ini menghasilkan kondisi rangkaian terbuka dan tidak ada arus rangkaian yang mengalir melalui relai.
Setelah beberapa waktu, bagian bergerak dari relai elektrokimia akan aus dan gagal atau pergosian dan erosi yang konstan dapat membuat relai tidak dapat digunakan. Selain itu, mereka berdengung secara listrik dengan kontak yang menderita gelembung kontak yang dapat mempengaruhi rangkaian listrik tempat mereka terhubung. Untuk mengatasi kesulitan relai ini, jenis relai lain yang disebut relai status padat dikembangkan.
Relai Status Padat:
Relai status padat tidak memiliki bagian bergerak. Ini adalah perangkat elektronik murni. Tidak ada bagian bergerak dalam jenis relai ini karena kontak mekanis diganti dengan transistor daya, tiristor, atau triak.
Ketiadaan bagian yang dapat bergerak membuat relai sangat andal, awet, dan mengurangi interferensi elektromagnetik. Ini membuat relai status padat jauh lebih cepat dan akurat dibandingkan dengan relai elektromekanis konvensional. Kebutuhan daya input relai status padat untuk kontrol umumnya cukup rendah untuk membuatnya kompatibel dengan sebagian besar keluarga IC.
Karena perangkat pemutusan output relai status padat adalah perangkat semiconductor, penurunan tegangan di terminal output SSR saat “ON” jauh lebih tinggi dibandingkan dengan relai elektromekanis. Biasanya, ini antara 1,5 – 2,0 volt. Penguapan panas tambahan akan diperlukan untuk memutuskan arus besar untuk waktu yang lama.
Anda dapat menggunakannya tanpa perlu menambahkan driver atau penguat. Namun, mereka harus dipasang pada plat atau bahan penyerap panas yang sesuai untuk mencegah perangkat pemutusan semiconductor output dari 과열 karena merupakan perangkat semiconductor. Desain dan jenis rangkaian pemutusan relai cukup luas. Relai dikatakan memutus satu atau lebih kutub sama seperti rangkaian saklar sederhana. Setiap kutub relai memiliki kontak yang dapat dilemparkan dengan tiga cara berbeda:
- Postingan Terkait: Cara Menguji Relai? Pemeriksaan SSR & Relai Kumparan
Berbagai cara relai dapat dilemparkan:
- Kontak Terbuka Biasa (NO): Ini juga disebut kontak buat. Kontak ini akan menutup rangkaian saat relai diaktifkan. Ini memutus rangkaian saat relai dalam kondisi tidak aktif.
- Kontak Tertutup Biasa (NC): Ini dikenal sebagai kontak putus. Fungsinya berlawanan dengan kontak NO. Saat relai diaktifkan, rangkaian terputus sebagai hasilnya. Saat relai dinonaktifkan, rangkaian mulai terhubung.
- Kontak Pergantian (CO) / Double-throw (DT): Digunakan untuk mengontrol kontak NO dan kontak NC dengan terminal umum. Artinya, digunakan untuk mengontrol dua jenis rangkaian. Menurut jenisnya, mereka disebut kontak “putus sebelum buat” dan “buat sebelum putus”.
Penting:
Relai dirancang untuk dua operasi dasar. Satu untuk aplikasi tegangan rendah dan yang lain untuk tegangan tinggi. Untuk aplikasi tegangan rendah, relai dirancang untuk mengurangi kebisingan seluruh rangkaian. Untuk aplikasi tegangan tinggi, mereka terutama dirancang untuk mengurangi fenomena pergosian.
Beberapa cara umum pemutusan relai:
Modul antarmuka input output relai: Modul I/O) adalah jenis lain dari relai status padat, dirancang khusus untuk menghubungkan perangkat seperti komputer, mikrokontroler, atau PIC ke beban dan saklar. Secara dasar ada empat jenis modul I/O yang tersedia di pasar.
Ini adalah tegangan input AC atau DC ke output logika TTL atau CMOS, dan input logika TTL atau CMOS ke output tegangan AC atau DC. Setiap modul berisi semua rangkaian yang diperlukan untuk menyediakan antarmuka dan isolasi lengkap dalam satu perangkat. Mereka tersedia sebagai modul status padat individual atau terintegrasi ke dalam perangkat 4, 8, atau 16 saluran di pasar.
- Postingan Terkait: Simbol Relai – Simbol Listrik dan Elektronik
Rangkaian Saklar Relai NPN:
Rangkaian saklar relai NPN tipis memiliki kumparan yang didorong oleh saklar transistor NPN. Saat tegangan Basis transistor nol, transistor akan berada di wilayah cut-off dan bertindak sebagai saklar terbuka. Dalam situasi ini, tidak ada arus Kolektor yang mengalir dan kumparan relai tidak dienergikan.
Jika tidak ada arus yang mengalir ke Basis, maka tidak ada arus yang akan mengalir melalui kumparan relai juga. Jika arus positif besar sekarang diarahkan ke Basis untuk memenuhi wilayah saturasi transistor NPN, arus mulai mengalir dari Basis ke Emitter.
Rangkaian Saklar Relai PNP:
Rangkaian saklar relai PNP membutuhkan polaritas tegangan operasional yang berbeda. Mirip dengan rangkaian pemutusan relai NPN dalam hal kemampuan untuk mengontrol kumparan relai. Misalnya, tegangan Kolektor-Emitter harus negatif untuk tipe PNP agar arus dapat mengalir dari Emitter ke Kolektor.
- Postingan Terkait: Cara Memeriksa Transistor NPN dan PNP dengan Multimeter (DMM+AVO)
Rangkaian Saklar Relai N-Channel:
Operasi pemutusan relai MOSFET cukup mirip dengan operasi saklar Transistor Juntian Bipolar (BJT). Perbedaan utama dalam operasi adalah MOSFET adalah perangkat yang dioperasikan oleh tegangan. Namun, Gate terisolasi secara listrik dari saluran Drain-Source. MOSFET N-Channel Enhancement adalah tipe MOSFET yang paling umum digunakan. Tegangan positif pada terminal Gate menyala MOSFET “ON” dan tegangan negatif pada Gate mematikannya “OFF”. Ini membuatnya ideal untuk saklar relai MOSFET.
Rangkaian Saklar Relai P-Channel:
Tidak seperti MOSFET N-Channel Enhancement, ini hanya beroperasi dengan tegangan Gate negatif. Dalam konfigurasi ini, terminal sumber P-Channel terhubung ke +Vdd dan terminal Saluran terhubung ke ground. Keduanya terhubung melalui kumparan relai. Saat tegangan HIGH diterapkan ke terminal Gate, maka MOSFET P-Channel akan dimatikan “ON” sebagai akibatnya.
Poin yang harus diingat saat memilih relai yang sesuai:
- Pastikan bahwa mereka memiliki perlindungan kumparan dan perlindungan kontak yang baik
- Cari relai standar dengan persetujuan regulasi
- Pilih relai pemutusan kecepatan tinggi
- Pilih jenis kontak dengan bijak
- Pastikan ada isolasi antara rangkaian kumparan dan kontak dalam relai Anda
Mari kita pahami cara kerja rangkaian relai dengan contoh:
Misalkan, Anda perlu menyalakan lampu CFL menggunakan saklar relai. Dalam rangkaian relai ini, kita menggunakan tombol tekan untuk memicu relai 5V, yang kemudian menyelesaikan rangkaian kedua dan menyalakan lampu.
Kumpulkan komponen berikut untuk merancang rangkaian:
- Relai 5V
- Pemegang Bolb
- CFL
- Tombol ON/OFF Tekan
- Perf-Board
- Baterai 9V
- Pasokan AC
Saklar ON/OFF tipis ditambahkan untuk tujuan pemutusan perangkat relai. Dalam rangkaian di atas, relai 5V dioperasikan oleh baterai 9V. Awalnya saat saklar terbuka, tidak ada arus yang mengalir melalui kumparan. Sebagai hasilnya, Port Umum relai terhubung ke kontak “NO” (Terbuka Biasa). Oleh karena itu, LAMP akan tetap “OFF”.
Saat saklar ditutup, arus akan mulai mengalir melalui kumparan. Di sini, medan magnet dihasilkan dalam kumparan yang menarik armatur yang dapat bergerak karena induksi elektromagnetik dan Port Com terhubung dengan kontak NC (Tertutup Biasa) relai. Sebagai hasilnya, CFL akan menyala “ON”.
Keuntungan utama relai status padat dibandingkan dengan relai elektromekanis setara adalah biaya mereka yang lebih tinggi. Hanya tipe satu kutub satu lempar yang tersedia, arus kebocoran kondisi “OFF” mengalir melalui perangkat pemutusan, dan penurunan tegangan kondisi “ON” yang tinggi dan dissipasi daya menghasilkan kebutuhan penyerap panas tambahan. Juga, relai status padat tipis tidak dapat memutuskan arus beban yang sangat kecil atau sinyal frekuensi tinggi seperti sinyal audio atau video. Namun, Saklar Status Padat khusus tersedia untuk jenis aplikasi ini.
Kedua relai elektrokimia dan relai status padat sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Anda dapat memilih salah satunya tergantung pada kebutuhan Anda dalam perangkat. Relai status padat datang dengan harga awal yang cukup besar dan mungkin menakutkan dibandingkan dengan relai elektromekanis.
Namun, gerakan kontak relai status padat ini dihasilkan menggunakan gaya elektromagnetik dari sinyal input daya rendah. Ini memungkinkan penyelesaian rangkaian yang berisi sinyal daya tinggi. Oleh karena itu, relai status padat unggul dibandingkan dengan relai elektromekanis. Relai elektromekanis adalah teknologi yang relatif lama yang menggunakan pendekatan desain mekanis sederhana.
- Postingan Terkait: Sistem Kontrol Lampu Jalan Otomatis menggunakan LDR & Transistor BC 547
Aplikasi:
Ada berbagai macam aplikasi relai. Beberapa aplikasi paling umum adalah:
- Rangkaian relai dapat digunakan untuk merealisasikan fungsi logika
- Mereka juga menyediakan logika kritis keamanan
- Relai dapat digunakan untuk menyediakan fungsi penundaan waktu
- Mereka digunakan untuk mengontrol rangkaian arus tinggi dengan bantuan sinyal arus rendah
Dalam artikel ini, kita telah membahas berbagai jenis relai, cara kerjanya, dan aplikasinya. Sekarang, Anda telah mendapatkan pengetahuan yang baik tentang relai dan fungsi-fungsinya. Setelah membaca artikel ini, Anda akan dapat merancang relai sendiri tanpa gangguan.
Proyek Elektronik Terkait:
- Transistor PNP
- Transistor NPN
- Diagram Rangkaian Saklar Lampu Kamar Mandi Otomatis dan Operasi
- Rangkaian Detektor Kecepatan Mobil – Cara Kerja dan Kode Sumber
- Sistem Otomasi Rumah Pintar – Rangkaian dan Kode Sumber
- Rangkaian Saklar Sensitif Sentuh Sederhana menggunakan 555 Timer & Transistor BC547
- Diagram Rangkaian Roulette LED menggunakan 555 Timer & 4017 Counter
