简易的晶体管继电器电路及其应用

在工农业生产和日常生活中，常常会遇到水位、温度、压力、时间等自动控制问题，这就需要制做一些相应的自动控制装置。如果能用简单而实用的电路解决了问题，这对生产有利，也适合初学者制作。本文介绍的晶体管继电器电路正是基于这种想法设计的，经过实际应用，证明是可靠的。

图1是晶体管继电器的电路图，这是一个低速开关电路。当A、B间开路时，基极处于零偏置、晶体管BG\(_{1}\)、BG2截止，这时集电极只有微小的穿透电流I\(_{CEO}\)流过，所以继电器不动作。当A、B两点间被控制对象的导体（例如水、水银柱等）接通时，基极处于正向偏置，并且产生正向基极电流，经BG1、BG\(_{2}\)放大，使管子饱和导通，于是作为集电极负载的继电器线圈中就有电流1CS流过，I\(_{CS}\)叫集电极饱和电流。假设继电器的吸动电流为IX，只要满足I\(_{CS}\)≥IX，就可使继电器的接点吸动接通电路，从而达到自动控制的目的。电路中将BG\(_{1}\)与BG2接成复合管的目的，是为了提高继电器的灵敏度。因为复合管的总的β值等于两个晶体管β值的乘积。例如β\(_{1}\)=β2=71，则β=β\(_{1}\)·β2≈5000，远比单管的电流放大倍数高得多。因此利用复合管的继电器电路，要比单管继电器电路灵敏得多。

继电器用JRXB—1或JRX－13F－1等型号（详细特性数据，参阅本刊1975年5期封三资料），继电器线圈电阻R\(_{L}\)和吸动电流IX是两个重要参数，吸动电压UX可根据U\(_{X}\)=IXR\(_{L}\)计算。因为电源电压除了大部分降到了线圈电阻上以外，还有一小部分降在晶体管上，所以为保证继电器可靠工作，电源电压应选得略高于UX。电源电压E可取（1.2～2）U\(_{X}\)。但应按电池电压1.5伏的整数倍选取，以便配用市售电池，例如：6V、9V、12V等，选取其中最接近的值。以JRXB-1型继电器为例，线圈电阻RL=500欧，实测吸动电流为16毫安，根据计算吸动电压的公式可以算得：U\(_{X}\)=IX·R\(_{L}\)=0.016×500=8（伏），E取12伏。

选择晶体三极管，主要考虑三个极限参数：1、BV\(_{CEO}\)——三极管的基极开路时，集电极和发射极反向击穿电压。为了保证安全，BG1及BG\(_{2}\)均按BVCEO≥（1.2～1.5）E选管。2、ICM——集电极最大允许电流值。在本电路中按I\(_{CM}\)≥ICS选管。3、P\(_{CM}\)——是三极管集电极最大耗散功率。管子在工作中实际耗散功率超过这个数值，管子将由于过热而损坏。在低速开关电路中，可按PCM≥U\(_{CES}\)·ICS来选BG\(_{2}\)管。UCES——是集电极和发射极之间的饱和电压，一般情况下，UCES＜1伏，为保证安全可以按P\(_{CM}\)≥1×ICS来计算。例如前面提到的继电器，R\(_{L}\)= 500欧，电源电压选用12伏，ICS=E／R\(_{L}\)=12／0.5=24mA，PCM=1×I\(_{CS}\)=1×24=24mW。查晶体管手册可知，BG2用3DK1C或3DK1D，此管BV\(_{CEO}\)=15V，ICM＝50mA，P\(_{CM}\)=300mW，符合要求。BG1用一般小功率硅管如3DG6等就可以了。由于复合管的β值等于β\(_{1}\)与β2的乘积，我们在选择管子的β值时有很大的灵活性。一般β\(_{2}\)可低些，β1可高些。例如β\(_{2}\)选20～50，β1选50～100。如果本电路控制对象的导体电阻很小时（如温度计中的水银接点等），β值可取得低些；当控制对象的导体电阻很大时（如雨水或井水，用万用表测量电阻约5KΩ～30KΩ），β值应取得大些。

计算R\(_{b}\)：Rb可按下式计算，即R\(_{b}\)=（0.85～0.5）(E-1.4)β1·β\(_{2}\)E×RL。例如前面提过的继电器，R\(_{L}\)=500Ω，E=12V，我们用的BG1管子β\(_{1}\)=80，BG2管的β\(_{2}\)＝75，可求出

晶体管继电器印刷线路板见图2，印刷板上灰色部分挖去。元件装配图见图3。继电器接线图见图4。

利用上述晶体管继电器电路，再加上量杯、虹吸管、记数器等可做一个能自动记录雨量的小仪器。它的外形见图5，工作原理见图6所示。降雨量通常用“毫米”高表示，做一个直径35.64厘米、高度为15～20厘米的计量筒，它的底面积正好为1000平方厘米，因此在此计量筒里积满1毫米高度的雨量时，即表示1毫米的降雨量，桶中雨水量的容量为100毫升。将计量筒置于露天场地接雨水，雨水由筒底通过截门及水管滴入室内的计量杯中，进行自动计量。由于《虹吸管》的作用，当杯中水量达100毫升时，水位达到管顶，才能形成一次虹吸现象而将杯中的水抽出。为了减少误差，应调节截门使水以大滴的形式滴入计量杯。在杯的上口与管顶相同高度的两侧各装一个电极A＇、B＇，并经导线分别接到继电器电路A、B接点上，每当水位达到电极时，晶体管继电器动作一次，从而使记数器跳动一个数字。计数器结构见图9，由于本继电器β值很高， R\(_{b}\)值很大（2.12MΩ），虽然雨水电阻较大（约30KΩ），但和Rb相比仍然是很小的，不会影响晶体管进入饱和状态。

量杯用内径为50厘米、高12厘米的塑料广口瓶改制，去掉底后倒装在支架上，并按图7装上电极及虹吸管。

虹吸管用内径6毫米、外径8毫米的玻璃管制作。取长约220毫米一段，用小火烘烤，变成“？”形，再用急火整形出P、M、Q三个急弯处，并烘烤M点处，使管壁收缩内径变窄，以便使用时水能自动越过MQ一段，形成虹吸现象。成型后改用微火烘烤以消除应力。待虹吸管自然冷却后，将虹吸管装入瓶内，并通过胶皮塞固定在杯中（见图7）。然后倒入100毫升水，试验水位是否恰能达到M点并自动吸出。如果达不到，可向杯中放入适量的石蜡块，调整好水位后，将水倒干净，再将所用石蜡块熔化注入到胶塞四周。(张宝平)