电子学：第009课——实验 7：研究继电器

实验 7：研究继电器

探究开关的下一步是使用遥控开关。“遥控”的意思是开关根据你发送的信号断开或闭合。这种开关叫作继电器，因为它将电路一部分的指令传递给另一部分。

继电器通常由低电压、小电流控制，用来开关高电压或大电流。

继电器非常有用。例如，在启动汽车时，一个较小较便宜的点火开关通过一根细细的廉价导线将一个小信号送到起动电动机附近的继电器上。继电器通过一段更短、更粗、更贵，能够承受 100 A电流的导线发动电动机。

同理，如果你在老式上开门洗衣机的旋转阶段掀起洗衣机的盖子，就闭合了一个小开关，它把一个小信号沿一条细细的导线传送到继电器。开关控制旋转洗衣桶的大电动机是继电器的任务。

需要的物品

• 万用表、多用途刀具
• 9 V 电池 1
• 双极双掷 9 V 直流继电器 2
• 单极单掷触摸开关
• 两端有弹簧夹的测试引线 5 条

继电器

我建议你使用的继电器一端有两个引脚，另一端有六个引脚。这六个引脚分成两行三列，如图 2-49 所示（继电器颠倒过来，引脚向上）。如果你买了两个继电器，可以将其中之一用于研究（即把它打开，观察内部的结构）。如果你非常仔细地操作，继电器应该随后还能用。如果不小心弄坏了，它也能当个备件。

注意：极性问题

有些继电器对于施加到内部线圈上的电压要求很高。电流在线圈中沿某个方向流动时，一切正常，但是如果反转正负连接方式（即反转极性），继电器就停止工作。

如果继电器的数据表没有写清楚极性要求，那可真烦人。我建议使用的继电器对极性没有特定的要求。

步骤

将测试引线和触摸开关（按钮开关）如图 2-49 所示连接。（注意，图中的器件不是按比例绘制的。）闭合按钮开关，把 9 V 电压加到独立的两个引脚上，你应该能听见非常轻的“咔哒”声。断开开关，应该又能听见一声“咔哒”声。（如果听力不太好，可以轻轻地用指尖触碰继电器，当“咔哒”声出现时，应能感觉到一阵微弱的振动。）

发生了什么？万用表能协助你进行研究。将万用表设置为测量连续性，把两根表笔靠在一起，

证实万用表正在工作。如果没有发出蜂鸣声，就是还没有设置为测量连续性，或是电池没电了，或是有一根表笔插入了错误的插口。

现在，如图 2-50 所示，用表笔压住引脚，按下按钮。在按下按钮的同时，万用表会发出蜂鸣声。这个测试告诉你，向距离你最近的一对引脚施加电压时，继电器内部必定有一些开关是闭合的。

但是，用表笔压住引脚的同时再去按按钮可能有点困难。如果是这样，可以按照图 2-51 所示的方
法，添加几根测试引线。每根引线的一端夹住一根表笔，另一端夹住继电器引脚，这样你的双手就从而省去握住表笔的麻烦解放了。

现在把红色测试引线从距你最远的继电器引脚移到与它相邻的空引脚上。你会发现，万用表的响应与上一次相反，在按钮没有按下时会发出蜂鸣声，按下按钮则蜂鸣声停止。

继电器内部发生了什么

图 2-52 展示了按下按钮时，继电器内部的透视照片。继电器底部有一个线圈，它会产生磁场，磁场控制内部的一对开关。线圈使右侧的开关动作，使引脚 A 和 C 在内部形成连接，因此万用表发出蜂鸣声。

你可能想知道继电器内的线圈为何要推动内部开关远离它。原因是，继电器内有一个机械联动装置，能将拉力转变成推力。稍后我讲到打开继电器的内容时，你就能观察到这一点。

图 2-53 展示了在未按下按钮时发生的情况。开关触点松开，连接到另一对触点上，断开 A 和 B之间的连接，在 B 和 C 之间形成连接。当没有电流通过继电器线圈时，开关保持在这个位置。

其他继电器

我相信我所描述的引脚功能对于这种尺寸的继电器最为常见，但是也有一些例外。当你第一次见到双极双掷继电器时，如何确定内部的构造情况呢——给线圈施加电压，同时用万用表测量每对不同的引脚。使用排除法，你就能知道引脚是如何连接的。

你也可以阅读生产商的数据表。它应该包含如图 2-21 所示的图表。这些就是你应该了解的关于继电器的所有知识吗？不，我只是触及了一点皮毛。

• 一些继电器是闭锁式的，即在不通电时，内部的开关会保持在任意位置。闭锁式继电器通常有两个线圈来操作开关向两个方向闭合。我不会使用这种继电器。
• 有的继电器有两个极，有的只有一个；有的是双掷型，有的是单掷型
• 有的线圈用交流电控制开关，有的则用直流控制，而且如前文所述，有的直流线圈要求施加的直流电压极性正确。

一如既往，数据表应当提供必要的信息。

图 2-54 展示了各种继电器的电路图符号。A是单极单掷继电器，B 是单极双掷继电器，C 是单极单掷继电器，画成了我喜欢的形式，用一个白色长方形提醒你这些部件都封闭在一个元件内。D 是单极双掷继电器，E 是双极双掷继电器，F 是单极双掷闭锁式继电器。

在未通电时，继电器内部开关通常绘制为处于松弛状态，而闭锁继电器的绘画方法有所不同，它的开关位置是任意的。

你正在检测的是一个小信号继电器，它不能控制大电流的通断。大继电器则能控制数安的电流。一定要选择额定电流不小于电路最大电流的继电器，因为继电器过载会产生火花，从而迅速损坏触点。

在未来的实验中，你会发现继电器的一些实际用途——例如在家庭安全系统总的应用。在接触这个系统之前，我将向你展示如何将继电器改造成会嗡嗡叫的振荡器。但是首先要了解一下继电器的内部结构。

拆开继电器

如果你比较着急，可以使用如图 2-55 和图 2-56 所示的方法拆开继电器。但是，一般来说，使用最常见的设备（美工刀或多用途刀）会更好一些。

图 2-57 和图 2-58 显示了我喜欢使用的方法：斜着削去塑料外壳的边缘，直到看见一条细细的缝为止。不要继续削下去了，因为此时内部的部件距离刀刃非常近。现在清除切开的表层。在外壳剩下的几条边缘上重复此操作，如果你真的很小心，即便继电器内部的部件会露出来，线圈通电后也能工作。

图 2-59 展示了标准继电器内部元件的简化图。线圈 A 产生磁引力，拉动杠杆 B 向下运动。塑料延展杠杆 C 向外挤压弹性金属条，推动继电器的极 D在触点之间移动。（这个继电器与本实验所推荐的结构略有不同，但是原理大致一样。）

你可以把此图与我拆开的一个继电器相比较，如图 2-60 所示。

图 2-61 展示了去掉外壳的各种尺寸的继电器。恰巧，它们都在 12 V 直流下工作。最左侧的汽车继电器最简单，也最容易理解，因为它的设计并没有过多考虑包装的尺寸。较小的继电器的设计更加精巧，更加复杂，也更难以理解。通常，较小的继电器设计用来通断的电流比大继电器更小，不过也有例外。

基础知识：继电器术语

线圈电压是继电器通电时，应当获得的电压。该电压可以是交流或直流电压。

设定电压是继电器能够闭合开关的最小电压。该电压略小于理想线圈电压。实际上，继电器的工作电压可能比设定电压还要低，但是设定电压能告诉你保证继电器正常工作的最小电压是多少。

工作电流是继电器通电后线圈的功率消耗，一般用毫安表示。有时消耗的功率用毫瓦表示。

开断容量是继电器内部的开关在不受损的情况下控制通断的最大电流。通常，该术语用于描述阻性负载，阻性负载是指白炽灯泡之类的无源器件。当你使用继电器开启电动机时，电路中就引入了感性负载，它在电动机达到正常转速之前会产生巨大的初始浪涌电流。关闭电动机则会产生另一股浪涌电流。如果继电器的数据表没有标明其处理感性负载的能力，经验法则是：假设电动机在启动时的电流是其正常工作电流的两倍。