Per svolgere bene qualsiasi lavoro, occorre disporre degli strumenti necessari per portarlo a termine. Tuttavia, la scelta dello strumento o del componente giusto non è sempre ovvia. Ad esempio, se è necessario piantare un chiodo, il martello è perfetto, ma per tagliare un pezzo di legno si può usare una sega da tavolo, una troncatrice, un seghetto alternativo, una sega a trazione, una fresatrice, un coltello, una taglierina laser o qualsiasi altro dispositivo. Tutti questi strumenti tagliano il legno, ma alcuni possono funzionare molto meglio di altri per attività specifiche.
Il mondo dell'ingegneria ne è consapevole, e transistor e relè sono l'esempio perfetto. In teoria, entrambi i dispositivi svolgono lo stesso lavoro, ovvero attivano e disattivano il flusso di corrente, ma utilizzano metodi molto diversi. A seconda dell'esperienza e del settore, è possibile scegliere l'uno o l'altro, ma ogni dispositivo ha i suoi vantaggi e svantaggi. Per valutare quale sia la soluzione migliore per ogni applicazione, è importante comprendere i dettagli delle caratteristiche di ciascun dispositivo.
Relè robusti
I relè sono una tecnologia collaudata nel tempo e commutano fisicamente i contatti come se si stesse azionando un interruttore. In genere, utilizzano un interruttore elettromagnetico reed per consentire a un piccolo segnale elettrico di commutare tensioni molto più elevate.
I relè si distinguono dai transistor per alcuni aspetti fondamentali. Ecco cinque delle loro principali differenze:
- • I relè gestiscono carichi di corrente e tensione molto più elevati.
- • I relè possono commutare i carichi indipendentemente dal circuito interno del dispositivo.
- • I relè possono gestire carichi in corrente alternata (CA) o in corrente continua (CC).
- • I relè non disperdono corrente. Un relè è completamente in stato on o off.
- • I relè hanno una resistenza molto bassa. Dal punto di vista elettrico, un relè chiuso è praticamente identico a un cavo non interrotto.
La maggior parte dei relè dispone di un contatto NO (normalmente aperto) e di un contatto NC (normalmente chiuso), che consentono di chiudere il circuito quando viene applicata l'alimentazione (NO) o di aprirlo (NC). Se necessario, è possibile utilizzare contemporaneamente sia NO che NC.
I relè emettono uno scatto udibile quando passano in stato on o off. Questo rappresenta un vantaggio, ma può diventare uno svantaggio quando il rumore è un problema. Alcuni relè consentono di osservare visivamente il loro stato. Altri dispongono di un pulsante di bypass/test o di un interruttore per azionare manualmente il relè.
La commutazione è molto più lenta rispetto ai transistor e i contatti possono "rimbalzare", dando luogo a un segnale che si attiva e si disattiva momentaneamente quando si aziona l'interruttore.
Inoltre, i relè consumano una quantità relativamente elevata di corrente nello stato on. Sono disponibili relè a scatto che richiedono alimentazione solo per l'accensione e lo spegnimento.
Infine, i relè sono solitamente molto più grandi dei transistor e sono dispositivi elettromagnetici, quindi possono causare interferenze di flusso elettromagnetico (EMF).
Transistor: velocità e semplicità
I transistor consentono il passaggio di corrente tra il collettore e l'emettitore, a differenza di un interruttore on/off. Non utilizzano parti mobili. Invece, in presenza di una tensione positiva, il transistor varia la conduttività del materiale del transistor stesso. Di seguito sono riportate otto caratteristiche specifiche dei transistor rispetto ai relè:
- • Sono molto più veloci dei relè. Gli intervalli di commutazione sono in genere nell'ordine di nanosecondi (10-9 secondi), molti ordini di grandezza più veloci di un relè equivalente.
- • I transistor possono comportarsi come dispositivi analogici, consentendo l'amplificazione del segnale.
- • Sono molto più piccoli dei relè equivalenti.
- • I transistor sono silenziosi e non indicano se sono attivati.
- • È possibile utilizzare un transistor per consentire a un segnale di commutare un carico maggiore, ma non è del tutto indipendente. I progettisti devono conoscere meglio il dispositivo commutato rispetto all'utilizzo di un relè.
- • È necessario indicare specifiche adeguate per il transistor, mentre i relè possono tollerare un'ampia gamma di tipi di alimentazione.
- • Sono economici.
- • Non è possibile utilizzare un transistor con la corrente alternata.
Componenti elettronici analoghi
I transistor e i relè tipici hanno applicazioni praticamente illimitate, ma queste soluzioni specializzate svolgono attività simili.
- • Relé stato solido: sorta di ibrido tra un relè tradizionale e un transistor, questi relè commutano un carico utilizzando un LED attivato dal circuito di controllo. Il LED attiva un MOSFET luminoso che controlla il carico. Questi dispositivi sono silenziosi, eseguono la commutazione in un millisecondo o meno e sono più robusti dei relè tradizionali.
- • Contattore: i relè contattori sono ottimizzati per la commutazione di correnti elevate, come l'avviamento di motori elettrici. Questi dispositivi sono generalmente dotati solo di contatti NA.
- • TRIAC: abbreviazione di "triodo per corrente alternata", il TRIAC è un dispositivo a stato solido che consente alla corrente di fluire in entrambe le direzioni attraverso due terminali principali. Un pin di gate attiva questi dispositivi.
- • Chip per computer: anche se non si desidera sviluppare un dispositivo informatico da zero, vale la pena notare che questi chip racchiudono miliardi di transistor in un pacchetto che può stare facilmente nel palmo della mano. È un prodigio della miniaturizzazione.
Quando utilizzare relè e transistor
Per carichi molto elevati o sconosciuti, un relè è l'opzione migliore e più pratica. Scegliere un transistor per i carichi più piccoli, quando il consumo di energia è importante o se è necessario commutare qualcosa milioni o miliardi di volte. Per una soluzione specializzata, i dispositivi aggiuntivi descritti presentano maggiori opzioni.
Un ingegnere attento rivaluta di tanto in tanto i componenti e i metodi scelti. È possibile che un SSR non sia disponibile per l'applicazione specifica, o che sia troppo costoso o che un cliente continua a cercare di spingere un carico errato nell'uscita del transistor. Qualunque sia la sfida da affrontare, la soluzione perfetta potrebbe non essere lo strumento standard su cui si è sempre fatto affidamento.