Relè a stato solido fatti in casa - circuito e dispositivo

I vecchi relè meccanici presentano due inconvenienti: bassa velocità e risorse limitate in termini di numero di commutazioni consentite. Gli interruttori elettronici che sono venuti a sostituirli (un altro nome è un transistor a stato solido o un relè triac) sono completamente privi di queste carenze, che hanno attirato l'attenzione degli specialisti di elettronica su di loro. L'assenza di parti meccaniche, così come la semplicità del circuito, ne facilitano il montaggio in casa. Far fronte a questo compito aiuterà a familiarizzare con le caratteristiche del dispositivo e il principio di funzionamento di questi elementi.

Cosa sono i relè a stato solido e la loro classificazione

I relè a stato solido (o SSR) sono dispositivi elettronici con una struttura priva di componenti meccanici. Il principio del loro funzionamento si basa sulle peculiarità del funzionamento delle giunzioni a semiconduttore, caratterizzate da un'elevata velocità di commutazione e protezione dai campi fisici.

La commutazione dei relè a stato solido si basa sul principio dell'attivazione elettronica della chiave.

Questi prodotti utilizzano tradizionalmente componenti elettronici comuni come transistor, diodi controllati o tiristori come elementi chiave. A seconda delle strutture utilizzate nella loro fabbricazione, gli SSR sono suddivisi in dispositivi costruiti sulla base di uno degli elementi elencati (relè triac, ad esempio).

In base alle modalità operative e al tipo di tensioni commutate, i campioni di relè a stato solido fabbricati sulla base di semiconduttori sono suddivisi nei seguenti gruppi:

• dispositivi di commutazione in corrente continua;
• dispositivi che controllano il funzionamento delle linee di carico con parametri di corrente variabili;
• prodotti universali operanti in vari circuiti.

Per i primi dispositivi, è caratteristico il controllo di tensioni costanti non superiori a 32 volt. I rappresentanti delle due posizioni rimanenti sono in grado di commutare potenziali di notevole entità (fino a decine di kilovolt).

Vantaggi del TTP

I vantaggi di un relè includono:

• la capacità di commutare carichi relativamente potenti;
• alte prestazioni;
• lavorare in condizioni di isolamento galvanico;
• capacità di sopportare un sovraccarico a breve termine.

Nessun prodotto meccanico o elettromeccanico può competere con gli interruttori elettronici. Pertanto, nuove strutture basate su semiconduttori hanno completamente sostituito i vecchi progetti meccanici.

Le caratteristiche prestazionali uniche degli SSR consentono loro di essere utilizzati senza alcuna restrizione con un contemporaneo aumento della vita operativa. Tutti i vantaggi elencati di questi dispositivi sono un'ottima ragione per provare a assemblare un relè a stato solido con le tue mani. Gli svantaggi di questi prodotti includono la necessità di un'alimentazione aggiuntiva, nonché la necessità di rimuovere il calore in eccesso generato quando si lavora con carichi potenti.

Autoproduzione

Per realizzare un relè di corrente con le tue mani, devi fare scorta di una serie di componenti elettronici che costituiscono la base dei circuiti di commutazione. Avrai anche bisogno di materiali speciali da cui verrà realizzato il corpo del relè fatto in casa.

Elementi elettronici

Le seguenti parti comuni vengono solitamente utilizzate come componenti elettronici utilizzati nell'autoproduzione del campione SSR più semplice:

• fotoaccoppiatore MOS3083;
• marca triac VT139-800;
• transistor bipolare della serie KT209;
• un set di resistori, oltre a un diodo zener e un LED che funge da indicatore del funzionamento del relè.

Gli elementi elettronici elencati sono saldati a cerniera secondo lo schema riportato nelle fonti. Insieme ad altri componenti, contiene un transistor chiave che fornisce impulsi stabilizzati al diodo di controllo della coppia di fotoaccoppiatori.

Il momento della consegna è fissato da un elemento LED, il cui utilizzo nel circuito esecutivo consente l'ispezione visiva.

Sotto l'influenza di questi impulsi, si verifica un'operazione istantanea del triac a semiconduttore, incluso nel circuito commutato. L'uso di una coppia di fotoaccoppiatori in un tale circuito di commutazione consente di controllare potenziali costanti da 5 a 24 volt.

La catena di limitazione di un resistore con un diodo zener è necessaria per ridurre al minimo l'ampiezza della corrente che scorre attraverso il LED e l'elemento di controllo. Questo design del circuito consente di prolungare la durata della maggior parte degli elementi utilizzati nella costruzione del circuito.

Design del corpo (stuccatura)

Per la fabbricazione del corpo del prodotto prefabbricato, prima di tutto è necessaria una piastra di alluminio con uno spessore di 3-5 mm, che servirà come base per l'assemblaggio elettronico. Le dimensioni sono a libera scelta, purché garantiscano una buona dissipazione del calore verso l'ambiente circostante. Un altro requisito per questa parte è una superficie ben lavorata, assolutamente liscia, lucidata con uno strumento speciale o levigata a specchio.

Nella fase successiva di preparazione della scocca, la piastra scelta come base è dotata di una bordatura costituita da una striscia di cartone incollata perimetralmente. Di conseguenza, otterrai una piccola scatola progettata per ospitare il circuito elettronico precedentemente assemblato. Sulla sua base, solo il triac è fissato rigidamente dai componenti, tutti gli altri elementi sono trattenuti all'interno del corpo dalle proprie connessioni.

Per il collegamento al carico e all'alimentazione, i relativi conduttori vengono estratti dalla scatola.

In futuro, un fissaggio affidabile dell'intero gruppo è fornito da un composto liquido versato nella scatola, preparato in anticipo in un contenitore adatto. Dopo che si indurisce, si ottiene una struttura monolitica, che non è inferiore ai migliori design industriali in termini di protezione da vibrazioni e altre influenze. Il suo unico inconveniente è l'impossibilità di smontaggio ai fini della successiva riparazione del circuito.

Varietà di TTP

Quando si assemblano circuiti relè a stato solido con le proprie mani, è necessario tenere presente che è possibile utilizzare un'ampia varietà di componenti per questi scopi. Nulla impedisce a una persona che intraprende un lavoro di scegliere i moderni transistor ad effetto di campo, ad esempio quelli caratterizzati da alta velocità e basso consumo energetico. Questi elementi sono controllati solo dai potenziali, garantendo la possibilità di commutare consumatori sufficientemente potenti. Strutture di campo come i MOSFET sono in grado di commutare circuiti di carico, in cui la potenza raggiunge decine di kW.

Per l'autoproduzione di un relè a stato solido, è consentito selezionare altre strutture a semiconduttore in grado di controllare circuiti di potenza: tiristori, ad esempio, o transistor bipolari. La cosa principale è che soddisfano i requisiti per la funzionalità di questo circuito e i parametri operativi degli elementi inclusi in esso. Tutto il resto dipende dalla preparazione e dall'attenzione dell'esecutore.