Rhett Allain还记得他第一次处理的一个有故障的继电器。那时他家的车库门摇控开关坏了,孩子们也厌倦了冒雨用手打开车库门(作为父亲,他的工作是控制汽车)。其实是他家那个使用了20年的车库门摇控开关的继电器坏了。

但那见鬼的继电器到底是什么?它们是如何工作的?你为什么需要它?在这里,我将为你回答这些问题。

第一批继电器似乎是为电报系统设计的。电报是一种相当简单的技术。本质上,它是一个电池,一端是开关,另一端是电磁铁。当一个人按下电报发送端的开关时,电流顺着电线流下,激活接收端的电磁开关,发出“咔哒”声。然后可以计时这些按键动作来生成一个可以映射到字母的模式——就是大家都熟悉的莫尔斯电码。

但有个问题。如果你的电线太长,你在接收端就会收不到信号。因为如果电线很长,就会产生很大的电阻,以致电流太小而无法激活电磁铁。这种情况下就需要用到继电器了,它本质上是一个带有接收机和开关的远程电池,有了它它就可以重新发送信号。

这就是这些继电器的来源,但这并不是它们现在使用的方式。你住的公寓没有车库门?那你有冰箱吗?微波炉?或者烤箱?你家总有电视机吧?几乎所有的家用电器或电器都会有继电器,到处都是。

简而言之,继电器是由较小的电流控制的电子开关。举一个简单的例子:假设你想打开这个非常亮的灯,它使用5安培电流。下面是如何用继电器打开它的方法:

使用这个继电器,你不需要有一个巨大的电流通过低功率的设备和高功率灯泡。但那个盒子里到底是什么?我们就把其中一个打开怎么样?

这个继电器的关键是电磁铁--上图所示的线圈。当一个小电流穿过这个线圈时,它会产生磁场。磁场将动臂拉到其上方,使臂在两个大电流臂之间建立连接(如图所示)。

但是等等!我觉得除非你自己做一个,否则你不可能完全理解继电器。所以,我就是这么做的,如下:

这是一个更简单的版本的真正的继电器,所以让我谈谈一些重要的方面:

  • 用电池可以打开继电器。
  • 这个电池是连接到一个小开关,我用两个回形针实现。
  • 这个小电池的电流会流到一根缠在钉子上的电线上,然后回到电池。
  • 在大电流侧,有一个电源(你看不见),它供电到另一个回形针附近的钉子上。
  • 当电磁铁接通时,这个回形针被吸到钉子的头部,完成一个电路。
  • 所以大电流通过可移动的回形针,流过钉子,然后流过灯泡。
  • 结束。

为了证明它有效,它看起来是这样的:

你看,它亮了。为了清楚起见,我还测量了通过灯泡的电流,是1.84安培,可见穿过回形针的电流很大。你必须通过继电器而非直线开关控制来运行此操作。

另外,如果我想用微控制器(如Arduino或Raspberry Pi)来打开或关闭这个灯,控制器只需要一个很小的输出电流,不必接近2安培。

如果是我家的车库门摇控开关,继电器允许控制板发送一个小电流,就可以打开大电流电动机来开门。这就是为什么你需要一个继电器的原因。