Transistor & Relay Output | Phân biệt ngõ ra Transitor và Rơ le

Relay Output là gì?

Relay Output hay ngõ ra Rơ-le là loại đóng ngắt bằng tiếp điểm cơ khí. Dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ le tạo ra một từ trường hút một đòn bẩy và thay đổi trạng thái của tiếp điểm. Ngõ ra rơ-le có độ bền không bao, tần số đóng ngắt giới hạn chỉ khoảng 1 Hz. Ưu điểm của ngõ ra Rơ-le là có thể sử dụng được cả điện áp xoay chiều và một chiều với nhiều mức khác nhau, dòng điện tối đa cho phép có thể lên tới 5A.

Tiếp điểm NO & NC

NO (Normally Open) – Tiếp điểm thường mở

Ở trạng thái relay không tác động (cuộn dây không có dòng điện đi qua) => tiếp điểm ở trạng thái mở => mạch hở => tải không hoạt động
Ở trạng thái relay tác động (cuộn dây có dòng điện đi qua) => tiếp điểm ở trạng thái đóng => mạch kín => tải hoạt động

NC (Normally Closed) – Tiếp điểm thường đóng

Ở trạng thái relay không tác động (cuộn dây không có dòng điện đi qua) => tiếp điểm ở trạng thái đóng => mạch kín => tải hoạt động
Ở trạng thái relay tác động (cuộn dây có dòng điện đi qua) => tiếp điểm ở trạng thái mở => mạch hở => tải không hoạt động

Transistor Output là gì?

Transistor Output hay ngõ ra Transistor là loại đóng ngắt bằng linh kiện bán dẫn nên độ bền cao, chịu được số lần đóng ngắt nhiều, tần số phát xung lên tới hàng trăm kHz. Tuy nhiên, điểm hạn chế của ngõ ra transstor là không sử dụng được điện áp xoay chiều (tức là chỉ sử dụng được cho điện áp một chiều) và dòng qua nó chị giới hạn ở khoảng dưới 0.5A.

Transistor NPN & PNP

NPN (Negative-Positive-Negative)

Yêu cầu dương nguồn (dòng điện dương) đến B. Transistor NPN làm việc khi đủ nguồn từ B đến E. Do đó, B phải được kết nối với điện áp dương và E được kết nối với điện áp âm để dòng điện chạy qua B đến E. Khi có đủ nguồn chạy từ B vào E, Transistor làm việc và chuyển hướng dòng điện chạy từ C đến E thay vì từ B tới E.

PNP (Positive-Negative-Positive)

Yêu cầu âm nguồn (dòng điện âm) đến B. Transistor PNP hoạt động ngược lại với Transistor NPN. Đối với Transistor PNP, dòng điện thường chạy từ E đến B, và khi đủ dòng điện chạy từ E đến B, Transistor sẽ làm việc và chuyển hướng dòng điện chạy từ E sang C. Do đó, E phải được kết nối với điện áp dương và B được kết nối với điện áp âm để dòng điện chạy qua E đến B.

B – base terminal; E – emitter terminal; C – collector terminal

Chúng ta cùng phân tích một ví dụ sau đây để hiểu rõ hơn về nguyên tắc hoạt động của NPN và PNP:

TH 1: Sử dụng cảm biến PNP NO (nếu cảm biến không được kích hoạt thì không có điện áp đầu ra (4)). Khi cảm biến được kích hoạt, chúng ta sẽ có điện áp đầu ra là +24 V (trên đầu ra số 4). Tín hiệu +24V này có thể được kết nối trực tiếp với PLC hoặc cho bất kỳ chức năng nào khác như kích hoạt rơle, kích hoạt cảnh báo. Thông thường, giới hạn dòng điện trong cảm biến tiệm cận lớn nhất là 200 mA, đó là lý do tại sao trong tất cả các sơ đồ, nó được thể hiện rằng đầu ra được kết nối thông qua một điện trở, trong thực tế, điện trở này được tích hợp sẵn trong plc, nó có thể là cuộn dây rơle hoặc đèn báo. Nếu chúng ta kết nối đầu ra trực tiếp với GND thì sẽ bị ngắn mạch, có nghĩa là dòng điện sẽ tăng và đạt đến dòng điện tối đa của nguồn điện. Vì vậy, nếu chúng ta có nguồn điện 5A chẳng hạn thì sẽ đoản mạch bởi vượt quá giới hạn dòng cảm biến và nó sẽ bị hỏng.

TH 2: Sử dụng cảm biến NPN NC (điều này có nghĩa là chúng ta có tín hiệu đầu ra ở trạng thái cao trong khi cảm biến không được kích hoạt). Vậy thay vì nối dây tín hiệu của cảm biến với GND thì sẽ nối với nguồn dương.

Ngoài ra, khi lựa chọn các loại ngõ ra Transistor hay Relay chúng ta thường thấy những ký hiệu khác kèm theo như: Sink/Source, Common/Isolated. Chúng ta cùng tìm hiểu về những khái niệm này thông qua phần dưới đây.

Sink và Source

Sink và Source (Sinking & Sourcing) là các thuật ngữ được sử dụng để xác định việc điều khiển dòng điện một chiều trong tải. Sink digital I/O (input/output) cung cấp kết nối nối đất với tải, trong khi source digital I/O cung cấp nguồn điện áp cho tải.

Common và Isolated

Common (chung) – Trong hình bên dưới là chung nguồn cấp
- Ưu điểm: giảm thiểu số lượng đầu cấp và dây cấp nguồn
- Nhược điểm: chỉ sử dụng được một mức điện áp
Isolated (độc lập) – Trong hình bên dưới là độc lập nguồn cấp
- Ưu điểm: sử dụng được nhiều mức điện áp khác nhau
- Nhược điểm: thiết bị sử dụng loại Isolated thường có giá thành cao hơn, cần nhiều đầu cấp và dây cấp nguồn hơn

Nên chọn ngõ ra Transistor hay Rơ-le

Nếu sử dụng nhiều cấp điện áp để cấp cho nhiều loại tải khác nhau ví dụ có cả 220Vac, 110Vac, 48Vdc, 24Vdc, 5Vdc…. tần số đóng ngắt không nhiều, tiết kiệm chi phí thì nên sử dụng ngõ ra kiểu Rơ-le

Nếu muốn sử dụng ngõ ra để phát xung điều khiển động cơ Servo, động cơ bước hoặc một ứng dụng gì đó cần tới xung thì ngõ ra kiểu Transistor là lựa chọn chắc chắn, ngoài ra ngõ ra transistor cũng được sử dụng trong trường hợp yêu cầu có số lần đóng ngắt nhiều, đóng ngắt nhanh hoặc đơn giản chỉ là muốn tăng tuổi thọ, bảo vệ ngõ ra bằng việc sử dụng thêm rơ-le trung gian đóng ngắt trực tiếp tải.