Pilotaggio e utilizzo dei relè nei circuiti elettronici

Introduzione

Il relè è un dispositivo elettromeccanico utilizzato per controllare carichi elettrici tramite segnali di bassa potenza. Grazie all’isolamento galvanico tra circuito di controllo e circuito di potenza, i relè permettono di pilotare dispositivi a tensioni e correnti superiori rispetto a quelle disponibili nei circuiti logici o nei microcontrollori.Il blocco è stato eliminato o non è disponibile.Principio di funzionamento Un relè è composto da una bobina elettromagnetica, un nucleo ferromagnetico e uno o più contatti meccanici. Quando la bobina viene alimentata, il campo magnetico generato attira l’ancora mobile causando la commutazione dei contatti (NO, NC e COM).

Tensione e corrente di eccitazione

Ogni relè è progettato per funzionare a una tensione nominale specifica (ad esempio 5V, 6V, 12V o 24V). La corrente assorbita dalla bobina dipende dalla resistenza della bobina stessa ed è calcolabile tramite la legge di Ohm: I = V / R.

Pilotaggio tramite transistor

Poiché molti circuiti digitali non possono fornire direttamente la corrente necessaria alla bobina, è comune utilizzare un transistor NPN come stadio di pilotaggio. Il transistor lavora in saturazione e consente di controllare il relè tramite un segnale logico.

Diodo di protezione (Flyback)

Quando la corrente nella bobina viene interrotta, l’induttanza genera un picco di tensione inversa che può danneggiare il transistor di pilotaggio. Per evitare questo fenomeno si utilizza un diodo di protezione collegato in parallelo alla bobina.

Tutti sanno che per eccitare un rele basta applicare ai capi della sua bobina una tensione continua e per diseccitarlo basta toglierla. Si tratta quindi di un’operazione cosi semplice che anche ii piu sprovveduto riesce a fare. Se però vi chiedessimo di eccitare un rele che assorbe 60-80 mA con una porta digitale che non riesce a fornire in uscita una corrente maggiore di 15 mA, oppure che schema adottare per eccitarlo pigiando un pulsante e diseccitarlo

TENSIONE e CORRENTE di ECCITAZIONE

In possesso di un rele, tutti si chiedono qual e la tensione minima che e possibile applicare ai suoi capi per farlo eccitare. Per soddisfare questa curiosita abbiamo riportato nella Tabella N.1 i volt minimi e i volt massimi che possiamo applicare alla sua bobina.

TABELLA N.1


volt lavoro del rele	tensione minima	tensione massima
5 volt	3,5 volt	7,0 volt
6 volt	4,5 volt	8,0 volt
12 volt	9,0 volt	15 volt
24 volt	19 volt	28 volt
48 volt	36 volt	56 volt

Schemi applicativi

Figura 1

LA CORRENTE di SATURAZIONE

La corrente minima da applicare sulla Base di un transistor per portarlo in saturazione si calcola con la formula:

milliamper Base = IC : hfe

IC = corrente di Collettore,

hfe = guadagno del transistor.

Sapendo che la massima corrente necessaria ad eccitare un rele difficilmente supera gli 80 mA, potremo basarci su questo valore per calcolare la corrente da applicare sulla Base del transistor.

Se abbiamo un transistor che ha una hfe di 100

dovremo far giungere sulla Base una corrente di:

80 : 100 = 0,8 milliamper

Se abbiamo un transistor che ha una hfe di 70 dovremo far giungere sulla Base una corrente di:

80 : 70 = 1,14 milliamper

Usando delle correnti maggiori rispetto a quelle richieste riusciremo a mandare in saturazione anche tutti quei transistor che hanno un basso guadagno senza danneggiarli, quindi consigliamo di considerare sempre nei calcoli una corrente di Base di 1,5 mA.

Per far giungere sulla Base del transistor la richiesta corrente dovremo applicargli in serie una resistenza (vedi R1 in fig.2) il cui valore può essere ricavato utilizzando la formula:

ohm R1 = (Vin – 0,6) : (lb : 1.000)

Vin = e ii valore di tensione che applichiamo sulla Base del transistor,

0,6 = e la caduta di tensione Base – Emettitore che si aggira normalmente sui 0,6 volt,

lb = e la corrente da applicare sulla Base che, come gia accennato, abbiamo prefissato a 1,5 mA.

Ammesso di applicare sulla Base del transistor una tensione di 12 volt, per la resistenza R1 dovremo scegliere un valore di:

(12 – 0,6) : (1,5 : 1.000) = 7.600 ohm

Poichè questo valore non e standard potremo utilizzare una resistenza da 8.200 ohm.

Se sulla Base del transistor applichiamo una tensione di 5 volt prelevata dall’uscita di un integrato TTL, per R1 dovremo scegliere un valore di:

(5 – 0,6) : (1,5 : 1.000) = 2.933 ohm

Poiche anche questo valore non e standard potremo tranquillamente utilizzare una resistenza da 2.700 ohm oppure da 3.300 ohm.

La resistenza siglata R2, collegata tra la Base del transistor e la massa, serve solo per forzare a livello logico O la Base. Poiche questo valore non

e critico potremo utilizzare una resistenza compresa tra i 27.000 ohm e i

68.000 ohm.

ECCITARE un rele con una tensione MAGGIORE

Se abbiamo un rele da 6 volt e lo vogliamo utilizzare in un circuito alimentato con una tensione maggiore, ad esempio 18 volt, potremo impiegarlo solo se in serie alla sua bobina applicheremo un diodo zener oppure una resistenza di caduta.

Se utilizziamo un diodo zener (vedi fig.3) la sua tensione di lavoro andra calcolata sottraendo la tensione di lavoro del rele dalla tensione presente nel circuito.

18 – 6 = 12 volt

Per calcolare ii wattaggio che deve avere questo

diodo zener possiamo utilizzare la formula:

Watt = (volt rele : ohm rele) x volt zener

Ouindi se abbiamo un rele da 6 volt con una boche presenta una resistenza da 100 ohm, dovremo utilizzare un diodo zener da 12 volt che abbia un wattaggio non minore di:

(6 : 100) x 12 = 0,72 watt

Sceglieremo quindi un diodo zener da 1 watt.

Se in sostituzione del diodo zener vogliamo collegare in serie al rele una resistenza (vedi fig.4), per calcolare ii suo valore ohmico dovremo eseguire due semplici operazioni.

Con la prima sottraiamo dalla tensione di alimentazione la tensione di lavoro del rele, poi, conoscendo i volt di caduta e la resistenza ohmica del rele, potremo calcolare ii valore della resistenza da applicare in serie al rele.

Quindi se abbiamo un rele da 6 volt da alimentare con una tensione di 18 volt, dovremo creare una caduta di tensione di:

18 – 6 = 12 volt

Conoscendo il valore della caduta di tensione, andremo a misurare ii valore ohmico della bobina del rele ed ammesso che risulti di 100 ohm, potremo calcolare ii valore della resistenza da collegare in serie utilizzando la formula:

Ohm = volt caduta : (volt rele : ohm rele)

lnserendo i dati che già conosciamo otterremo: 12: (6: 100) = 200 ohm

Non essendo un valore standard potremo tranquillamente utilizzare una resistenza da 220 ohm.

Per calcolare ii wattaggio di questa resistenza con-sigliamo di utilizzare questa formula:

Watt = (volt caduta x volt caduta) : ohm

Sapendo che la caduta di tensione e di 12volte che la resistenza collegata in serie al rele deve avere un valore di 220 ohm, dovremo sceglierla con un wattaggio non minore di:

(12 x 12) : 220 = 0,65 watt

Quindi utilizzeremo una resistenza da 1watt.

Il Diodo in parallelo alla BOBINA

Poiche nei circuiti che impiegano i rele si trova sempre collegato in parallelo alla bobina un diodo al silicio (vedi fig.5), vi sarete spesso chiesti quale funzione svolge.

Non tutti sanno che quando si toglie la tensione di eccitazione precedentemente applicata ad un qualsiasi carico induttivo, ai capi della bobina si genera una extratensione i cui picchi possono superare anche di 50 volte il valore della tensione di alimentazione.

Quindi se abbiamo un rele eccitato con una ten-sione di 12 volt, appena toglieremo la tensione di eccitazione, ai suoi capi ritroveremo dei picchi di extratensione che potranno raggiungere anche piu di 600 volt (vedi fig.6).

Se per eccitare un rele utilizziamo un transistor, questi picchi di extratensione possono facilmente metterlo fuori uso in breve tempo.

Questi velocissimi impulsi di extratensione possono essere visti solo sullo schermo di un oseilloscopio e non misurandoli con un tester.

Collegando in parallelo alla bobina un diodo al silicio che abbia una tensione di lavoro maggiore di 600 volt, ad esempio un 1N.4004 o un 1N.4007, elimineremo questi picchi di extratensione e quindi eviteremo di mettere fuori uso il transistor.

Spesso negli schemi elettrici troviamo collegato in parallelo al diodo al silicio anche un diodo led alimentato tramite una resistenza (vedi fig.7).

Questa diodo led viene inserito in quei circuiti in cui risulta utile visualizzare quando il rele risulta eccitato, perchè solo in questa condizione il diodo led si accenderà.

II valore ohmieo della resistenza da collegare in

serie al diodo led va calcolato con la formula:

Ohm = (Vcc – 1,5) : 0,015             

Vcc = tensione di alimentazione,

1,5 = caduta di tensione del diodo led,

0,015 = corrente media assorbita dal diodo led.

Quindi se abbiamo un circuito alimentato con una tensione di 12 volt dovremo utilizzare una resistenza da:

(12 – 1,5): 0,015 = 700 ohm

Poiche questo valore non e standard utilizzeremo una resistenza da 680 ohm.

Se vogliamo una maggiore luminosita potremo utilizzare una resistenza da 560ohm, mentre se vogliamo una minore luminosità potremo usare una resistenza da 820 ohm.

Se abbiamo un circuito alimentato con una tensione di 5 volt dovremo utilizzare una resistenza da:

(5 – 1,5): 0,015 = 233 ohm

Poiche questo valore non e standard utilizzeremo una resistenza da 220 ohm.

Se vogliamo una maggiore luminosità potremo utilizzare una resistenza da 180 ohm, mentre se vogliamo una minore luminosità potremo usare una resistenza da 270 ohm.

II diodo led andrà collegato con il terminale piu lungo, cioe con l’Anodo, rivolto verso la tensione positiva di alimentazione, diversamente non si accenderà (vedi fig.7).

COME alimentare un RELE con una tensione ALTERNATA

Se alimentiamo un rele direttamente con una tensione alternata prelevata dal secondario a 8-9–10 volt di un trasformatore collegato alla tensione di rete dei 220 volt, questo iniziera a vibrare ad una frequenza di 50 Hertz.

Per ovviare a questo inconveniente possiamo collegare in serie alla tensione alternata un diodo al silicio da 0,5 amper, poi livellare la tensione raddrizzata con un condensatore elettrolitico da

470-1.000 microfarad (vedi fig.13).

DALLA TEORIA alla PRATICA

Dopo questa breve descrizione teorica ora vi presento diversi schemi applicativi che senz’altro troverete molto interessanti. Nella lista componenti di ogni schema non riporto la tensione di lavoro del rele, perche utilizzando per l’alimentazione una tensione di 12 volt e sottinteso che il relè deve essere da 12 volt.

In costruzione……….