Relè di segnale - Principi base

I relè sono dispositivi elettronici molto diffusi e preziosi, inventati nel 1835. Nonostante la loro età, continuano a svolgere un ruolo importante in diversi settori. Consentono il controllo di un circuito a distanza e ciò li rende utili in applicazioni molto diffuse. Anche i primi computer utilizzavano un gran numero di relè per le funzioni logiche booleane. Una delle principali sottocategorie di relè sono i relè di segnale, che hanno usi specifici e spesso svolgono un ruolo importante nelle comunicazioni. Questo articolo fornisce un'introduzione ai relè di segnale, spiega cosa sono, le loro differenze rispetto ad altri relè, i criteri di selezione chiave e molto altro.

Principi base dei relè di segnale

I relè di segnale sono essenzialmente interruttori elettromeccanici azionati elettricamente per controllare il flusso di corrente in un circuito. Funzionano mediante forza magnetica, prodotta da una corrente di controllo che passa attraverso una bobina vicino ai contatti, per spostare le parti mobili interne o i contatti tra le posizioni di apertura e chiusura. In questo modo un segnale piccolo può controllare un segnale più grande. Sono simili ai relè di potenza, ma sono intesi per gestire tensioni e correnti ridotte, in genere inferiori a 2 A, e commutare segnali a bassa potenza con tensioni nominali in genere comprese tra 5 V_c.c. e 30 V_c.c.. Per questo motivo, sono anche detti "relè di segnale basso".

Come già menzionato, i relè di segnale sono un tipo di relè elettromeccanico più adatto alle applicazioni a bassa tensione e corrente, con contatti progettati specificamente per la bassa potenza. Sebbene i relè di potenza, che possono gestire correnti e tensioni più elevate, possano essere più economici per alcune applicazioni, possono tuttavia danneggiare i segnali a bassa potenza nei circuiti audio o video, e ciò fa dei relè di segnale una scelta più appropriata. I relè di segnale sono disponibili in contenitori compatti, sono perfetti per il montaggio su scheda e offrono tempi di commutazione più brevi. In genere sono meno costosi dei relè a stato solido e non sono influenzati da transitori di tensione o di corrente, né sono suscettibili alle EMI/RFI. Grazie alla loro bassa gestione della potenza, generano anche meno calore rispetto ai relè a stato solido e quindi non richiedono in genere soluzioni di gestione termica nel circuito.

Figura 1: Un confronto tra relè di basso e alto livello. (Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Vantaggi dei relè di segnale

I relè di segnale, come altri relè elettromeccanici, offrono una serie di vantaggi nei progetti, tra cui:

• Semplicità progettuale
• Isolamento elettrico
• Funzionamento affidabile
• Risparmio sui costi del cablaggio su lunga distanza
• Molteplici opzioni di confezionamento e funzionalità
• Immunità alle EMI/RFI

Se adeguatamente abbinati ai requisiti di potenza del circuito, i relè di segnale offrono anche ulteriori vantaggi, quali:

• Facilità di utilizzo
• Piccole dimensioni
• Costo accessibile
• Resistenza agli urti meccanici
• Elevato isolamento tra la bobina interna e i contatti

Specifiche principali e selezione dei relè di segnale

Quando si sceglie un modello di relè di segnale per un progetto, si devono considerare diversi fattori, tra cui:

• Tensione nominale: la tensione massima che il relè può commutare, tipicamente misurata in V_c.c. o V_c.a..
• Corrente nominale: la corrente massima che il relè può commutare, misurata in ampere.
• Resistenza di contatto: la resistenza, misurata in ohm, aggiunta al circuito di carico.
• Tensione di bobina: la tensione nominale di controllo per la bobina del relè.
• Corrente di bobina: la corrente nominale assorbita dalla bobina con la tensione nominale di bobina.
• Forma del contatto: configurazione dell'interruttore del relè (numero di poli e configurazione normalmente aperta o normalmente chiusa). Ad esempio, SPDT (1 Form C) e DPDT (2 Form C).
• Corrente di contatto: i valori di corrente e tensione per garantire le prestazioni del relè. Ad esempio, questo valore è tipicamente espresso come 1 A a 30 V_c.c..
• Tempo di commutazione: la velocità di funzionamento del relè da quando viene applicata la corrente di controllo a quando i contatti si chiudono o viceversa.
• Tipo di montaggio: il metodo di montaggio dell'applicazione. In genere si tratta di foro passante o del montaggio superficiale sulla scheda CS.
• Rigidità dielettrica: la tensione massima che un relè può tollerare senza subire danni per un determinato periodo.
• Temperatura di funzionamento: l'intervallo di temperature specificato in cui un relè può funzionare in modo sicuro e senza deterioramento.

Tenendo presente l'elenco di cui sopra, un ingegnere può iniziare a selezionare il relè di segnale adatto a un progetto. Per iniziare, determinare i valori nominali di tensione e corrente necessari in base al carico di commutazione massimo del circuito. È importante tenere presente che i relè di segnale commutano in genere 2 A o meno.

Quindi, identificare la tensione e il tipo di controllo richiesto, c.a. o c.c., e specificare il numero di poli/circuiti da commutare. Inoltre, il circuito/interruttore deve essere normalmente aperto (NA) o normalmente chiuso (NC)?

Infine, considerare il metodo di montaggio del dispositivo nel circuito, come il montaggio a pannello, su guida DIN, in superficie o a foro passante. Solo determinando i parametri specifici richiesti è possibile individuare un relè che soddisfi le esigenze del sistema senza che questo sia sovraspecificato.

Figura 2: I passi generali per la selezione di un relè di segnale.(Immagine per gentile concessione di Same Sky)

Applicazioni dei relè di segnale

Grazie alle loro capacità di commutazione a bassa potenza, i relè di segnale sono implementati in un'ampia gamma di applicazioni, sia consumer che commerciali. Rappresentano una soluzione efficiente per i dispositivi di rete che richiedono segnali su lunga distanza con tensione e corrente superiori a quelle che la maggior parte dell'elettronica è in grado di gestire intrinsecamente. I relè di segnale sono anche utili nelle applicazioni con alta capacità di risposta che non richiedono la stessa potenza di un relè di potenza. Si pensi ad esempio agli ambienti quotidiani come case e uffici, dove un termostato funziona a bassa tensione e corrente ma deve inviare un segnale alla caldaia o al condizionatore. Un relè di segnale può ricevere il piccolo segnale di controllo a bassa potenza e utilizzarlo per trasmettere il messaggio alla caldaia o al condizionatore, consentendo a questa unità di intraprendere l'azione appropriata.

Conclusione

Con l'avanzare dei sistemi elettronici, si presenta spesso l'esigenza di isolamento elettrico completo tra il segnale di commutazione e il segnale da commutare. I relè di segnale sono una soluzione ideale per controllare a distanza e in modo sicuro la corrente e la tensione.

Questi dispositivi sono ampiamente utilizzati in una serie di prodotti e sistemi industriali e consumer per commutare l'alimentazione in diverse tipologie circuitali. Una volta identificati i requisiti di progetto, Same Sky offre una gamma di relè di segnale capaci di soddisfare le esigenze di commutazione di corrente a basso livello di ogni ingegnere.