Rơ le (Relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ le tạo ra một từ trường hút cần gạt và làm thay đổi vị trí của chuyển mạch. Rơ le có hai trạng thái ON (đóng) và OFF (mở) tùy thuộc vào dòng điện chạy qua rơ le có hay không.
Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện chạy qua relay, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.
Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của relay.
Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ le ON hay OFF thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V hoặc có thể lên tới 100mA. Và bạn biết rằng, hầu hết các IC đều không thể cung cấp dòng này, lúc này ta cần có một BJT để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thành dòng lớn hơn phục vụ cho việc điều khiển rơ le.
Chú ý: Tuy vậy, IC 555 có dòng điện ngõ ra có thể lên tới 200mA, vì thế với IC 555 thì không cần một BJT để khuếch đại dòng.
Hình trên cho thấy cách hoạt động của rơ le với cuộn dây và các tiếp điểm điện. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây hút một đòn bẩy và làm mở các tiếp điểm điện, vì thế dòng điện cần kiểm soát không thẩy đi qua rơ le và ngược lại. Bạn cũng thấy đó, dòng điện chạy qua cuộn dây không hề có liên quan gì đến dòng điện cần kiểm soát.
Các chân đấu nối của rơ le thường được ký hiệu là COM, NC và NO.
- COM (common): là chân chung, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 chân còn lại. Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.
- NC (Normally Closed): Thường đóng. Khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.
- NO (Normally Open): Thường mở. Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này.
Hình dạng và các chân của một relay điện
Hai chân 1 và 2 là 2 đầu của cuộn dây (nơi cấp nguồn nuôi cuộn hút).
Bình thường, khi cuộn hút chưa được cấp điện, chân COM luôn kết nối với chân NC (thường đóng). Khi cuộn dây được cấp điện, chân COM được kết nối với chân NO (thường mở) của relay.
Một số mạch ứng dụng dùng Rơ le
Mạch cảm biến tối
Chúng ta quan tâm tại đầu ra của mạch này: khi không có ánh sáng chiếu vào quang trở LDR, transistor Q1 tắt, transistor Q2 dẫn, dẫn tới có điện áp cấp 2 đầu LED D1: LED-D1 sáng.
Bây giờ, thêm vào nhánh có LED-D1 và R3 – 330Ω các linh kiện là relay và diode D.
Ta có mạch điện như thể hiện trong hình bên dưới:
Lưu ý: Đối với điện trở R1, cần sử dụng điện trở có giá trị từ 330Ω đến 4.7kΩ. Khi thay đổi giá trị của điện trở này thì độ nhạy của mạch cảm biến ánh sáng thay đổi theo.
Mạch này cũng hoạt động như một cảm biến tối. Khi không có ánh sáng chiếu vào LDR, transistor Q2 dẫn, relay được kích hoạt và cực COM của rơ le được kết nối với chân NO dẫn tới cấp nguồn cho LED – D1 sáng.
Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng rơ le và transistor
Trong trường hợp này, điểm đấu nối của rơ le đã được thay đổi (ngược lại với cảm biến tối). Ở đây, chân NO (thường mở) để trống. Trong trường hợp bình thường, LED-D1 (kết nối vào chân NC) vẫn sáng do có nguồn nuôi trực tiếp 6 VDC. Khi ánh sáng chiếu vào LDR bị gián đoạn, điện trở của LDR có giá trị lớn. Do đó Transistor Q1 tắt, Q2 dẫn nên cuộn dây của rơle được cấp nguồn: chân COM của rơ le được kết nối với chân NO. Khi đó, tại NC thiết bị đầu cuối LED-D1 không có nguồn cấp và làm LED-D1 tắt.
Mạch cảm biến tối sử dụng nguồn 220V
Cấp nguồn chờ 220 V AC cho bóng đèn: một đầu bóng đèn nối cực âm (N), đầu còn lại của bóng đèn nối chân NO của rơle. Chân Pole của rơle nối dương nguồn (L) 220 V. Khi ánh sáng chiếu vào quang trở LDR bị gián đoạn (trời tối), dẫn tới cuộn dây của rơle được cấp nguồn làm 2 chân Pole và NO của rơle được nối với nhau: cấp nguồn 220 V cho đèn sáng.
Hình đấu mắc nguồn 220 V: Hai đầu dây màu đỏ: chân Com nối dương nguồn 220 V (L). Chân NO nối vào chân 1 của bóng đèn, chân 2 của bóng đèn nối âm nguồn 220 V (N).
Diode bảo vệ trong mạch điện có relay
Trong mạch điện có sử dụng rơ le, các transistor và IC cần được bảo vệ tránh điện áp cao phóng ngược trở lại mạch khi cuộn dây của rơ le bị ngắt điện đột ngột. Trong hình vẽ trên cho thấy cách “đấu ngược” diode D (loại 1N4001, 1N4007 hoặc 1N4148) với 2 đầu cuộn dây của rơle để bảo vệ linh kiện transistor. Điều này được giải thích là khi có dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ le tạo ra một từ trường, khi ngắt điện ở cuộn dây, từ trường bị mất đột ngột tạo ra một điện áp cao phóng qua cuộn dây rơ le sẽ phá hỏng các transistor. Diode bảo vệ sẽ dẫn dòng điện của điện áp cao cảm ứng này phóng qua cuộn dây và qua diode làm cho từ trường bị triệt tiêu một cách nhanh chóng. Điều này ngăn cản điện áp trở nên đủ cao để có thể phá hỏng các linh kiện mạch điện.
