Kurs elektroniki – #9 – elementy stykowe, przekaźniki

Podstawy elektroniki 17.12.2024 Michał, Damian PDF (e-book)

W tej części zostaną omówione przekaźniki oraz inne elementy stykowe. Dowiesz się, jak działają, jakie są ich ograniczenia, a jakie zalety.

Pomimo rozwiniętej techniki półprzewodnikowej proste w budowie elementy, takie jak przekaźniki, nadal są wykorzystywane bardzo często.

Udostępnij

Ogólnie mówiąc, działanie elementów stykowych polega na sterowaniu przepływem prądu poprzez mechaniczne łączenie lub rozłączanie obwodu. Funkcjonuje to na zasadzie podobnej do zwykłego łączenia i rozłączania przewodów. Z tą różnicą, że punkty, w których kawałki metalu dotykają się, są specjalnie ukształtowane, aby rezystancja takiego styku była możliwie mała.

Rodzaje elementów stykowych

Jeżeli styki zaopatrzymy w trzpień z klawiszem, aby można było dociskać je palcem, to wtedy uzyskamy zwykły przycisk impulsowy. Nazywa się go również przyciskiem monostabilnym, ponieważ tylko jedna jego pozycja jest stabilna (bez ingerencji użytkownika). Drugą pozycję wymusza się zewnętrzną siłą (wciskając przycisk). Przyciski tego typu są też często używane jako czujniki w robotach.

Popularne microswitche 5 mm

Jeśli natomiast, dla odmiany, styki wykonane zostaną z materiału, który jest przyciągany przez magnes, to można uzyskać wtedy kontaktron. Czyli szklaną rurkę, w której zatopione są styki. Pod wpływem pola magnetycznego styki te zbliżają się do siebie i zamykają obwód. Bardzo często używa się ich w systemach alarmowych do wykrycia otwarcia okien lub drzwi. 

Kontaktron

Elementy te zostały dokładnie omówione w ćwiczeniach z kursu elektroniki, poziom II:

Kurs elektroniki II – #2 – przyciski, diody RGB, kontaktron

Nasz kurs elektroniki został podzielony na części, które omawiają przeważnie pojedyncze obszerne zagadnienia. O kilku użytecznych elementach... Czytaj dalej »

Budowa przekaźników

Jeżeli do styku ruchomego dołączy się kawałek blachy, to wówczas styki można do siebie dociskać przy pomocy elektromagnesu. Elektromagnes to cewka o dużej liczbie zwojów z metalowym rdzeniem, generująca pole magnetyczne, gdy przepływa przez nią prąd.

Budowa i zasada działania przykładowego przekaźnika

Przekaźniki mają formę prostopadłościennych kostek, najczęściej o wymiarach pudełka zapałek lub mniejszych. W ich wnętrzu znajdują się elektromagnes oraz styki. Liczba oraz rozmieszczenie styków zależą od danego modelu. Po tę informację należy sięgnąć do noty katalogowej, czasami można to również wywnioskować z opisów umieszczonych przez producenta na obudowie elementu.

Gotowe zestawy do kursów Forbota

 Komplet elementów  Gwarancja pomocy  Wysyłka w 24h

Chcesz zrozumieć elektronikę? Zamów zestaw elementów do wykonania wszystkich ćwiczeń z kursu i przejdź do praktyki!

Zamów w Botland.com.pl »

Taniej w pakiecie: Mistrz Elektroniki • Mistrz Majsterkowania

Do zestawu dołączony jest przekaźnik zbliżony wyglądem do poniższego. Jego cewka przystosowana jest do zasilania napięciem 5V. Po wykonaniu ćwiczeń z poprzedniej części powinieneś już wiedzieć, w jaki sposób można otrzymać napięcie o takiej wartości.

Przekaźnik ten ma pięć wyprowadzeń, których konfigurację przedstawia poniższy rysunek:

Symbol przekaźnika oraz układ jego wyprowadzeń (widziany jak na zdjęciu wyżej)

Objaśnienia skrótów:

• E – elektromagnes – najczęściej nie ma jakiejkolwiek nazwy. Biegunowość obojętna, dlatego wejścia te nazywają się jednakowo.
• C – common, czyli wspólny. Ten styk jest przełączany między dwoma pozostałymi.
• NC – normally closed, czyli normalnie zamknięty. Między tym stykiem a wspólnym może płynąć prąd, jeśli cewka nie jest zasilana.
• NO – normally open, czyli normalnie otwarty. Ten styk jest zwierany ze wspólnym po zasileniu cewki, wtedy też styk NC jest odłączany.

Przekaźniki - skrót wideo »

Najważniejsze parametry przekaźników:

• Napięcie cewki (typowo 5 V, 12 V i 24 V)
• Rezystancja cewki (setki lub tysiące omów)
• Liczba styków oraz ich konfiguracja
• Maksymalne napięcie między stykami oraz prąd, jaki może przez nie przejść

Akurat nasz przekaźnik jest bardzo mały i wygląda w środku trochę inaczej od tego przedstawionego na wcześniejszej animacji, ale zasada działania jest identyczna – elektromagnes odpowiednio zwiera lub rozwiera styki. Poniżej widoczny jest przekaźnik, z którego wyłamana została obudowa:

Działanie przekaźnika można przyrównać do działania wyłącznika, tyle że nie obsługuje się go ręką, ale prądem o niewielkim natężeniu. Może on służyć do załączania urządzeń pobierających duży prąd, np. silników, żarówek, syren i innych urządzeń.

Opis ten może przypominać poznane już wcześniej tranzystory:

Kurs elektroniki – #7a – tranzystory bipolarne w praktyce

W tej części kontynuujemy podróż przez krainę półprzewodników – pora poznać tranzystory, bez których dzisiejszy świat wyglądałby... Czytaj dalej »

Częściowo elementy te faktycznie mają podobne właściwości – zastosowanie przekaźników jest jednak dość mocno ograniczone.

Wady i zalety przekaźników

Przekaźniki posiadają sporo zalet:

• można przepuszczać przez nie prąd o znacznej wartości (rzędu kilkunastu amperów), a mimo to nie będą wymagały jakiegokolwiek chłodzenia (w przeciwieństwie do tranzystorów),
• spadek napięcia na zwartych stykach jest mały, bo ich rezystancja określana jest w miliomach,
• „nie interesuje” ich kierunek prądu płynącego przez styki, co w tranzystorach ma duże znaczenie,
• cewka elektromagnesu jest dobrze odizolowana od styków, co pozwala na przełączanie różnych napięć przy użyciu jednego układu sterującego.

Niestety przekaźniki mają też wady:

• ich trwałość (liczba przełączeń) jest ograniczona,
• po pewnym czasie styki ulegają uszkodzeniu,
• działają z dosyć dużym opóźnieniem,
• nie mogą wykonywać wielu przełączeń na sekundę,
• cewka może pobierać prąd rzędu 100 mA, co jest dokuczliwe przy zasilaniu bateryjnym,
• generują słyszalne stuknięcie w chwili przełączania,
• zajmują (w porównaniu z tranzystorami) sporo miejsca.

Wykorzystanie przekaźnika w praktyce

Najczęściej przekaźniki wykorzystuje się do sterowania urządzeń, które wymagają dużego prądu i/lub zasilane są innym napięciem. Jeśli chcielibyśmy zbudować małe urządzenie, które będzie przykładowo sterowało włączaniem lampki biurkowej na 230 V, to użylibyśmy do tego właśnie przekaźnika.

Aby jednak poczuć w praktyce, jak działają przekaźniki, zbudujemy prosty układ. Jego schemat jest widoczny poniżej. Po lewej stronie znajduje się tradycyjnie źródło zasilania – w naszym przypadku jest nim bateria 9 V. Następnie obniżamy napięcie do 5 V – tyle do pracy wymaga cewka przekaźnika. W przypadku problemów warto wrócić do poprzedniej części kursu – o stabilizatorach napięcia.

Dalej znajduje się nasz przekaźnik. Spójrz, jak został podłączony. W tym przykładzie służy on do włączania diody, która zasilana jest prosto z baterii (9 V). Zasilanie cewki (elektromagnesu) regulujemy, zwierając odpowiednie przewody. Jedno wyprowadzenie łączymy z masą, a drugie podłączamy ręcznie do dodatniej szyny zasilania (5 V).

Działanie układu widoczne jest na tym animowanym schemacie:

Przykład wykorzystania przekaźnika w praktyce

Niestety takie małe przekaźniki nie są dopasowane do montażu na płytkach stykowych, ciężko więc wcisnąć przekaźnik w odpowiednie miejsce. Dlatego poniżej proponujemy dwie metody montażu tego układu. Jedna zakłada, że uda Ci się wcisnąć na siłę przekaźnik, w taki sposób, aby delikatnie wygiąć nóżkę common i wcisnąć ją w płytkę stykową. Druga metoda polega na tym, że od razu wyginamy ręcznie nóżkę common do przodu i nie mocujemy jej w płytce – będziemy dotykać jej za pomocą przewodu.

Wygięta nóżka, zależnie od wybranej wersji montażu, powinna wyglądać tak jak na poniższym zdjęciu. Po lewej stronie przykład dla pierwszej wersji, po prawej – dla drugiej:

Wygięcie wspólnej nóżki zależnie od wybranej wersji montażu

Montaż układu na płytce stykowej – wersja 1

Poniższy schemat montażowy zakłada, że uda Ci się odpowiednio wygiąć nóżki przekaźnika. Nie jest to łatwe, ale w 100% możliwe. Jeśli nie chcesz się męczyć z takim wciskaniem, przejdź do drugiej metody, która jest mniej elegancka, ale skuteczniejsza. Cała trudność w tej wersji montażu polega na tym, aby wyprowadzenie common trafiło w odpowiednie miejsce na płytce (tutaj zaznaczone na żółto):

Pierwsza wersja schematu montażowego

W praktyce tak zmontowany układ może wyglądać następująco:

Procedura testowania układu w tej wersji:

1. Podłącz baterię.
2. Dioda nie powinna świecić.
3. Podłącz zasilanie cewki (zewrzyj przewody – zielone na schemacie).
4. Powinien być słyszalny wyraźny dźwięk przełączenia.
5. Dioda powinna się zaświecić.
6. Odłącz zasilanie cewki (rozewrzyj przewody – zielone na schemacie).
7. Dioda powinna zgasnąć.

Montaż układu na płytce stykowej – wersja 2

W tej wersji pin common wyginamy ręcznie do przodu i przekaźnik montujemy obrócony o 90 stopni. Dzięki temu wygięte wyprowadzenie trafi w wolną przestrzeń na środku płytki:

Druga wersja schematu montażowego

W praktyce tak zmontowany układ może wyglądać jak poniżej. Wygięty pin common jest widoczny na drugim zdjęciu (po prawej stronie).

Procedura testowania układu w tej wersji:

1. Podłącz baterię.
2. Dioda nie powinna świecić.
3. Podłącz zasilanie cewki (pomarańczowy na schemacie).
4. Powinien być słyszalny wyraźny dźwięk przełączenia.
5. Dotknij przewodem doprowadzającym zasilanie diody do środkowej, wygiętej nóżki przekaźnika (zielony na schemacie).
6. Dioda powinna się zaświecić.
7. Odłącz zasilanie cewki (pomarańczowy na schemacie).
8. Dotknij przewodem doprowadzającym zasilanie diody do środkowej, wygiętej nóżki przekaźnika (zielony na schemacie).
9. Dioda nie powinna świecić.

W punkcie 5 chodzi o zrobienie czegoś takiego:

Dotknięcie przewodem środkowego pinu common

Ta metoda jest trochę bardziej zawiła, ale powinna każdemu umożliwić test przekaźnika w praktyce.

Jak zachowuje się układ? Czy słyszysz charakterystyczny dźwięk przełączania? Podziel się swoimi spostrzeżeniami w komentarzach do artykułu. Zastanów się, dlaczego w powyższym układzie została umieszczona dioda 1N4148 – odpowiedź znajdziesz kilka akapitów niżej!

Jak podłączyć przekaźnik do Arduino?

Poniższe informacje mają charakter uzupełnienia, które przyda się w przyszłości, podczas dalszego poznawania podstaw elektroniki. Uwagę na ten fragment szczególnie zwrócić powinny osoby, które chciałyby zacząć budować programowalne urządzenia np. po zapoznaniu się z kursem Arduino.

Kurs podstaw Arduino – #0 – spis treści, wstęp

Jak najłatwiej rozpocząć przygodę z elektroniką, robotyką i budową programowalnych urządzeń?Oczywiście od Arduino! Tania, prosta platforma,... Czytaj dalej »

Bezpośrednie zasilanie przekaźników z wyprowadzeń mikrokontrolera nie jest możliwe, ponieważ pobierają one zbyt duży prąd. Należy do tego użyć tranzystora. Przykład:

Podłączenie przekaźnika do Arduino

Wystawienie stanu wysokiego powoduje, że przez bazę tranzystora płynie prąd około 0,43 mA. Dzięki temu tranzystor może się nasycić i prawie całe napięcie zasilające odkłada się na cewce przekaźnika. 

Dioda zabezpieczająca przy przekaźniku

Dioda D1 jest w tym układzie konieczna i powinna zostać przylutowana możliwie blisko przekaźnika. Chroni ona tranzystor przed zniszczeniem podczas wyłączania cewki przekaźnika. Jest to spowodowane istnieniem omawianego już zjawiska samoindukcji, która sprawia, że odłączana cewka generuje impuls wysokiego napięcia o polaryzacji przeciwnej do tego, które było wcześniej przyłożone. W czasie normalnej pracy dioda D1 jest zatkana i otwiera się tylko pod wpływem tego impulsu – dzięki temu zabezpiecza cały układ.

Pora na quiz - sprawdź, co już wiesz!

Masz już za sobą dziewięć odcinków kursu, więc śmiało możesz zabrać się za kolejny quiz, który składa się z 15 pytań testowych (jednokrotnego wyboru), limit czasu to 15 minut. Liczy się pierwszy wynik, ale quiz będziesz mógł później wykonać wielokrotnie (w ramach treningu).

Przejdź do quizu nr 3 z 4 »

Bez stresu! postaraj się odpowiedzieć na pytania zgodnie z tym co wiesz, w przypadku ewentualnych problemów skorzystaj ze swoich notatek. To nie są wyścigi - ten quiz ma pomóc w utrwaleniu zdobytej już wiedzy i wyłapaniu ewentualnych tematów, które warto jeszcze powtórzyć. Powodzenia!

Quiz - najnowsze wyniki

Oto wyniki 10 osób, które niedawno wzięły udział w quizie. Teraz pora na Ciebie! Uwaga: wpisy w tej tabeli mogą pojawiać się z opóźnieniem, pełne wyniki są dostępne „na żywo” na stronie tego quizu.

Podsumowanie

W tej części poznaliśmy rodzinę prostych i użytecznych podzespołów, jakimi są elementy stykowe. Warto je znać, ponieważ w niektórych zastosowaniach są lepsze od tranzystorów – zwłaszcza tam, gdzie musimy sterować dużym prądem lub wysokim napięciem.

Nie oszczędzaj czasu na eksperymentach. Wszystkie testy wykonasz dzięki elementom z  tego zestawu. Kilkanaście minut poświęcone na praktykę zaowocuje lepszym poznaniem tematu! Powoli zbliżamy się już do końca kursu podstaw elektroniki – możesz zacząć się interesować jego kontynuacją, czyli kursem elektroniki, poziom II (projekty) lub np. kursem podstaw Arduino.

Aktualna wersja kursu: Damian Szymański, ilustracje: Piotr Adamczyk. Pierwsza wersja: Michał Kurzela. Schematy montażowe zostały wykonane przy częściowym wykorzystaniu oprogramowania Fritzing (oraz własnych bibliotek elementów). Zakaz kopiowania treści kursów oraz grafik bez zgody FORBOT.pl

Data ostatniego sprawdzenia lub aktualizacji tego wpisu: 17.12.2024.

Powiązane wpisy

Co ciekawego w DIY? 10 projektów naszych czytelników #35

Jak szybko płynie prąd? Prędkość ślimaka czy światła?

Chipseasy – inteligentny organizer podzespołów

Czerwone, zielone czy niebieskie? Sorter M&Ms na Arduino!

Kurs elektroniki – #1 – napięcie, prąd, opór i zasilanie

Czym jest filtr RC? Jak działa i co warto o nim wiedzieć?

Kurs lutowania – #3 – pierwszy raz z lutownicą, częste błędy

Kurs lutowania – #4 – lutowanie złącz, odsysacz

cewka, elektromagnes, kursElektroniki, przekaźnik, styk