繼電器的優(yōu)點是操作繼電器線圈需要相對少量的電力。然而，繼電器開關電路可用于控制電機、加熱器、燈或交流電路，這些電路本身可以消耗更多的電壓、電流，從而消耗更多的功率。
　　機電繼電器是一種輸出設備（執(zhí)行器），具有多種形狀、尺寸和設計，在電子電路中具有多種用途和應用。但是，雖然繼電器可用于允許低功率電子或計算機類型電路將相對高的電流或電壓切換為“開”或“關”，但需要某種形式的繼電器開關電路來控制它。
　　繼電器開關電路的設計和類型多種多樣，但許多小型電子項目使用晶體管和 MOSFET 作為主要開關器件，因為晶體管可以從各種輸入源提供繼電器線圈的快速直流開關（ON-OFF）控制，因此以下是一些更常見的繼電器切換方法的一小部分。
　　NPN繼電器開關電路
　　典型的繼電器開關電路具有由 NPN 晶體管開關TR1驅(qū)動的線圈，如圖所示，具體取決于輸入電壓電平。當晶體管的基極電壓為零（或負）時，晶體管截止并充當打開的開關。在這種情況下，集電極沒有電流流動，并且繼電器線圈斷電，因為作為電流器件，如果沒有電流流入基極，則沒有電流流過繼電器線圈。
　　如果現(xiàn)在有足夠大的正電流被驅(qū)動到基極以使 NPN 晶體管飽和，則從基極流到發(fā)射極（B到E）的電流將控制從集電極流經(jīng)晶體管到發(fā)射極的較大繼電器線圈電流?！　τ诖蠖鄶?shù)雙極開關晶體管，流入集電極的繼電器線圈電流量將是驅(qū)動晶體管飽和所需基極電流的 50 到 800 倍之間。 所示通用 BC109 的電流增益或貝塔值 (  β ) 在 2mA 時通常約為 290（數(shù)據(jù)表）。

　　NPN繼電器開關電路
　　npn繼電器開關電路
　　請注意，繼電器線圈不僅是電磁體，而且也是電感器。當由于晶體管的開關動作而向線圈施加功率時，根據(jù)歐姆定律（I = V/R）定義的線圈的直流電阻，將流過最大電流。其中一些電能存儲在繼電器線圈的磁場內(nèi)。
　　當晶體管切換為“OFF”時，流經(jīng)繼電器線圈的電流減少，磁場消失。然而，磁場內(nèi)存儲的能量必須到達某個地方，并且當線圈試圖維持繼電器線圈中的電流時，會在線圈上產(chǎn)生反向電壓。此動作會在繼電器線圈上產(chǎn)生高壓尖峰，如果允許該高壓尖峰累積，可能會損壞開關 NPN 晶體管。
　　所以為了防止損壞半導體晶體管，在繼電器線圈兩端連接了一個“續(xù)流二極管”，也稱為續(xù)流二極管。該續(xù)流二極管將線圈兩端的反向電壓鉗位至約 0.7V，從而消耗存儲的能量并保護開關晶體管。續(xù)流二極管僅適用于電源為極化直流電壓的情況。交流線圈需要不同的保護方法，為此使用 RC 緩沖電路?！　PN達林頓繼電器開關電路

　　以前的 NPN 晶體管繼電器開關電路非常適合開關 LED 和微型繼電器等小負載。但有時需要切換更大的繼電器線圈或超出 BC109 通用晶體管范圍的電流，這可以使用達林頓晶體管來實現(xiàn)。
　　通過使用達林頓晶體管對代替單個開關晶體管，可以大大提高繼電器開關電路的靈敏度和電流增益。達林頓晶體管對可由兩個單獨連接的雙極晶體管制成，如圖所示，或作為具有標準的單個器件提供：基極、發(fā)射極和集電極連接引線?！　蓚€NPN晶體管如圖所示連接，使得第一晶體管TR1的集電極電流變成第二晶體管TR2的基極電流。向TR??1施加正基極電流會自動打開開關晶體管TR2。

　　NPN 達林頓配置　　npn達林頓繼電器開關電路

　　如果將兩個單獨的晶體管配置為達林頓開關對，則通常在主開關晶體管TR2的基極和發(fā)射極之間放置一個小阻值電阻（100 至 1,000Ω） ，以確保其完全關閉。同樣，續(xù)流二極管用于保護TR2免受繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反電動勢的影響。
　　射極跟隨器繼電器開關電路
　　除了繼電器開關電路的標準共射極配置外，繼電器線圈還可以連接到晶體管的發(fā)射極端子以形成射極跟隨器電路。輸入信號直接連接到基極，而輸出則取自發(fā)射極負載，如圖所示?！　∩錁O跟隨器繼電器開關電路

　　射極跟隨器繼電器開關電路
　　公共集電極或射極跟隨器配置對于阻抗匹配應用非常有用，因為輸入阻抗非常高，在數(shù)十萬歐姆范圍內(nèi)，同時具有相對較低的輸出阻抗來切換繼電器線圈。與之前的 NPN 繼電器開關電路一樣，通過向晶體管的基極施加正電流來發(fā)生開關。
　　發(fā)射極達林頓繼電器開關電路
　　這是之前的射極跟隨器電路的達林頓晶體管版本。由于兩個 Beta 值相乘，施加到TR1的非常小的正基極電流會導致流過TR2 的集電極電流大得多?！　“l(fā)射器達林頓配置

　　發(fā)射極達林頓繼電器開關電路
　　共發(fā)射極達林頓繼電器開關電路可用于提供電流增益和功率增益，并且電壓增益近似等于1。此類射極跟隨器電路的另一個重要特性是它具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，這使其非常適合大型繼電器線圈的阻抗匹配。
　　PNP繼電器開關電路
　　除了使用 NPN 雙極晶體管切換繼電器線圈和其他此類負載外，我們還可以使用 PNP 雙極晶體管切換它們。PNP繼電器開關電路在控制繼電器線圈的能力方面與NPN繼電器開關電路沒有什么不同。然而，它確實需要不同極性的工作電壓。例如，對于 PNP 類型，集電極-發(fā)射極電壓Vce必須為負，才能導致電流從發(fā)射極流向集電極?！　NP 晶體管配置

　　pnp繼電器開關電路
　　PNP晶體管電路的工作原理與NPN繼電器開關電路相反。當基極正向偏置電壓比發(fā)射極電壓更負時，負載電流從發(fā)射極流向集電極。為了使繼電器負載電流通過發(fā)射極流向集電極，基極和集電極相對于發(fā)射極都必須為負。
　　換句話說，當Vin為高電平時，PNP 晶體管被切換為“OFF”，繼電器線圈也被切換為“OFF”。當Vin為低電平時，基極電壓小于發(fā)射極電壓（負值更大），PNP 晶體管“導通”?；鶚O電阻值設置基極電流，基極電流設置驅(qū)動繼電器線圈的集電極電流。
　　當開關信號與 NPN 晶體管相反時，例如 CMOS NAND 門或其他此類邏輯器件的輸出，可以使用 PNP 晶體管開關。CMOS 邏輯輸出在邏輯 0 時具有驅(qū)動強度，可吸收足夠的電流以將 PNP 晶體管“導通”。然后，通過使用 PNP 晶體管和相反極性的電源，可以將電流吸收器變成電流源。
　　PNP集電極繼電器開關電路
　　該電路的操作與前面的繼電器開關電路相同。在該繼電器開關電路中，繼電器負載已連接到PNP晶體管的集電極。當Vin為低電平時，晶體管“ON”，當Vin為高電平時，晶體管“OFF” ，晶體管和線圈的開關動作發(fā)生。
　　PNP 收集器配置
　　pnp集電極繼電器開關電路
　　我們已經(jīng)看到，NPN 雙極晶體管或 PNP 雙極晶體管都可以用作繼電器開關或任何其他負載的開關。但是，當電流沿兩個不同方向流動時，需要理解兩種不同的條件。
　　因此，在 NPN 晶體管中，相對于發(fā)射極的高電壓被施加到基極，電流從集電極流向發(fā)射極，并且 NPN 晶體管切換為“ON”。對于 PNP 晶體管，相對于發(fā)射極的低電壓被施加到基極，電流從發(fā)射極流向集電極，并且 PNP 晶體管切換為“ON”。　　N溝道MOSFET繼電器開關電路

　　MOSFET 繼電器開關操作與上面看到的雙極結型晶體管 (BJT) 開關操作非常相似，并且之前的任何電路都可以使用 MOSFET 來實現(xiàn)。然而，MOSFET 電路的操作存在一些主要差異，主要是 MOSFET 是電壓操作器件，并且由于柵極與漏源通道電隔離，因此它們具有非常高的輸入阻抗，因此柵極電流對于 MOSFET 來說為零，因此不需要基極電阻。
　　MOSFET 通過導電溝道進行導電，溝道最初是關閉的，晶體管“OFF”。隨著施加到柵極端子的電壓緩慢增加，該溝道的導電寬度逐漸增加。換句話說，隨著柵極電壓的增加，晶體管通過增強溝道來工作，因此這種類型的 MOSFET 被稱為增強型 MOSFET 或 E-MOSFET。
　　N 溝道增強型 MOSFET (NMOS) 是最常用的 MOSFET 類型，因為柵極端子上的正電壓會將 MOSFET 切換為“ON”，柵極端子上的零電壓或負電壓會將其切換為“OFF”，非常適合用作 MOSFET 繼電器轉(zhuǎn)變。還提供互補 P 溝道增強型 MOSFET，與 PNP BJT 一樣，它們可以在相反的電壓下工作。
　　N 溝道 MOSFET 配置
　　n溝道MOSFET繼電器開關電路
　　上述MOSFET繼電器開關電路采用共源配置連接。在零電壓輸入、低電平條件下， V GS的值，沒有足夠的柵極驅(qū)動來打開通道，并且晶體管處于“關閉”狀態(tài)。但是，當V GS增加到 MOSFET 下閾值電壓V T以上時，通道打開，電流流動并且繼電器線圈工作。
　　然后，增強型 MOSFET 作為常開開關運行，非常適合開關繼電器等小負載。E 型 MOSFET 具有較高的“關斷”電阻，但具有中等的“導通”電阻（適合大多數(shù)應用），因此在為特定開關應用選擇 E 型 MOSFET 時，需要考慮其R DS值?！　溝道MOSFET繼電器開關電路

　　P 溝道增強型 MOSFET (PMOS) 的構造與 N 溝道增強型 MOSFET 相同，只是它僅在負柵極電壓下工作。換句話說，P 溝道 MOSFET 以相同的方式工作，但極性相反，因為柵極必須比源極更負，才能通過如圖所示的正向偏置來“導通”晶體管。
　　P溝道MOSFET繼電器開關電路
　　p溝道電路
　　在此配置中，P 溝道源極端子連接到+Vdd，漏極端子通過繼電器線圈連接到地。當高電壓電平施加到柵極時，P 溝道 MOSFET 將“截止”。關閉的 E-MOSFET 將具有非常高的溝道電阻，并且?guī)缀跸耖_路一樣工作。
　　當?shù)碗妷弘娖绞┘拥綎艠O時，P 溝道 MOSFET 將“導通”。這將導致電流流過操作繼電器線圈的 e-MOSFET 通道的低電阻路徑。N 溝道和 P 溝道 e-MOSFET 均可構成出色的低壓繼電器開關電路，并且可以輕松連接到各種數(shù)字邏輯門和微處理器應用?！　∵壿嬁刂评^電器開關電路

　　N 溝道增強型 MOSFET 作為晶體管開關非常有用，因為在“OFF”狀態(tài)（柵極偏置為零），其溝道具有非常高的電阻，可阻止電流流動。然而，在其高阻抗柵極上大于閾值電壓V T 的相對較小的正電壓導致其開始從其漏極端子傳導電流到其源極端子。
　　與需要基極電流才能“導通”的雙極結型晶體管不同，e-MOSFET 僅需要柵極上的電壓，因為其絕緣柵極結構，零電流流入柵極。然后，這使得 e-MOSFET（N 溝道或 P 溝道）非常適合由典型 TTL 或 CMOS 邏輯門直接驅(qū)動，如圖所示。
　　邏輯控制繼電器開關電路
　　邏輯控制
　　此處，N 溝道 E-MOSFET 由數(shù)字邏輯門驅(qū)動。大多數(shù)邏輯門的輸出引腳只能提供有限的電流，通常不超過約 20 mA。由于 e-MOSFET 是電壓驅(qū)動器件，不消耗柵極電流，因此我們可以使用 MOSFET 繼電器開關電路來控制高功率負載。
　　微控制器繼電器開關電路
　　除了數(shù)字邏輯門之外，我們還可以使用微控制器、PIC 和處理器的輸出引腳和通道來控制外部世界。下面的電路顯示了如何使用 MOSFET 開關連接繼電器?！　∥⒖刂破骼^電器開關電路

　　微控制器
　　教程總結
　　在本教程中，我們了解了如何使用雙極結型晶體管（NPN 或 PNP）和增強型 MOSFET（N 溝道或 P 溝道）作為晶體管開關電路。
　　有時，在構建電子或微控制器電路時，我們希望使用晶體管開關來控制大功率設備，例如電機、燈、加熱元件或交流電路。通常，這些設備需要比單個功率晶體管能夠處理的更大的電流或更高的電壓，那么我們可以使用繼電器開關電路來做到這一點。
　　雙極晶體管 (BJT) 構成非常好的且廉價的繼電器開關電路，但 BJT 是電流操作器件，因為它們將小基極電流轉(zhuǎn)換為較大的負載電流，為繼電器線圈供電。
　　然而，MOSFET 開關是理想的電氣開關，因為它幾乎不需要柵極電流即可“導通”，將柵極電壓轉(zhuǎn)換為負載電流。因此，MOSFET可以作為壓控開關來操作。
　　在許多應用中，雙極晶體管可以用增強型 MOSFET 替代，從而提供更快的開關動作、更高的輸入阻抗以及可能更低的功耗。極高的柵極阻抗、“關閉”狀態(tài)下的極低功耗以及極快的開關能力相結合，使得 MOSFET 適合許多數(shù)字開關應用。此外，在柵極電流為零的情況下，其開關動作不會使數(shù)字門或微控制器的輸出電路過載。
　　然而，由于 E-MOSFET 的柵極與組件的其余部分絕緣，因此它對靜電特別敏感，靜電可能會破壞柵極上的薄氧化層。然后，在處理該組件或使用該組件時應特別小心，并且任何使用 e-MOSFET 的電路都應包括適當?shù)撵o電和電壓尖峰保護。
　　此外，為了對 BJT 或 MOSFET 提供額外保護，請始終在繼電器線圈上使用續(xù)流二極管，以安全地耗散晶體管開關動作產(chǎn)生的反電動勢。