リレーとトランジスタ: 最適なツールを選択する
どんな仕事も上手にこなすには、それを完成するための道具が必要です。しかし、人生においては、その正しい道具や部品が常に明確であるとは限りません。例えば、釘を打つには、ハンマーがとてもよく機能します。しかし、木材を切るには、テーブルソー、マイターソー、ジグソー、引き鋸、ルーター、ナイフ、レーザーカッター、その他いくつかの装置を使うことができます。これらはすべて木材を切ることができますが、特定の作業においては、他のものよりもはるかに優れた働きをするものもあるかもしれません。
エンジニアリングの世界では、この苦労をよく知っていますが、トランジスタとリレーはその完璧な例です。名目上、両方のデバイスは同じ仕事をします—つまり、電流の流れをオンとオフに切り替えることです—しかし、非常に異なる方法を使用します。経験や業界によって、どちらか一方を使用するのが普通ですが、それぞれのデバイスには独自の利点と欠点があります。どちらがあなたのアプリケーションに最適かを評価するためには、それぞれのデバイスの特性を理解することが重要です。
信頼性の高いリレー
リレーは長年にわたる技術で、自身でスイッチを切り替えるように物理的に接点を切り替えます。通常、電磁石リードスイッチを使用して、小さな電気信号でより高い電圧を切り替えることができます。
リレーはトランジスタとはいくつかの重要な点で異なります。これが主な5つの違いです：
- リレーはより高い電流と電圧の負荷を扱います。
- リレーはデバイスの内部回路にかかわらず負荷を切り替えることができます。
- リレーは交流 (AC) や直流 (DC) 負荷を扱うことができます。
- リレーは電流を漏らしません。リレーは完全にオンまたはオフです。
- リレーは非常に低い抵抗を感じます。電気的には、閉じたリレーは未断のワイヤーとほぼ同一です。
ほとんどのリレーは、NO（通常開）とNC（通常閉）の接点を備えており、電力が供給されると回路を閉じる（NO）または開く（NC）ことができます。必要に応じて、NOとNCの両方を同時に使用することができます。
リレーはオンまたはオフの状態で可聴のクリック音を発します。これには利点がありますが、音が問題になる場合は欠点を示すかもしれません。リレーの状態を視覚的に確認できるものもあります。その他にはバイパス/テストボタンやスイッチがあり、手動でリレーを作動させることができます。
トランジスタに比べて切り替え速度は非常に遅く、接点が「バウンス」する可能性があり、スイッチを操作するときに瞬間的に信号がフラッターすることがあります。
リレーはまたオン状態で比較的大量の電流を消費します。オンとオフする際にのみ電力を必要とするラッチングリレーが使用できます。
最後に、リレーは通常トランジスタよりもはるかに大きく、電磁デバイスであるため電磁フラックス (EMF) 干渉を引き起こす可能性があります。
トランジスタ: スピードとシンプルさ
トランジスタは、スイッチのオン/オフとは異なり、コレクタとエミッタの間で電流を流します。それらは可動部品を使用しません。代わりに、正の電圧が存在すると、トランジスタの材料の導電率が変化します。リレーと比べた場合のトランジスタの8つの特性を以下に示します:
- リレーよりはるかに高速です。スイッチングの範囲は通常ナノ秒（10-9秒）であり、同等のリレーよりもはるかに高速です。
- トランジスタはアナログデバイスとして動作し、信号増幅が可能です。
- 同等のリレーよりはるかに小型です。
- トランジスタは静かで、作動しているかどうかを示しません。
- トランジスタを使用して、1つの信号でより大きな負荷を切り替えることができますが、完全に独立しているわけではありません。設計者はリレーを使用するときよりも、切り替えられるデバイスについて詳しく知る必要があります。
- トランジスタを適切に指定する必要がありますが、リレーは幅広い電力タイプを許容します。
- 安価です。
- トランジスタは交流で使用できません。
類似の電子部品
典型的なトランジスタとリレーは事実上無限の用途を持っていますが、これらの特殊なソリューションは類似したタスクを実行します。
- ソリッドステートリレー: 従来のリレーとトランジスタのハイブリッドのようなもので、これらのリレーは制御回路によりLEDが起動して負荷を切り替えます。LEDは光駆動MOSFETを活性化し、負荷を制御します。これらのデバイスは静かで、ミリ秒以内またはそれ以下で切り替わり、従来のリレーよりも信頼性があります。
- コンタクタ: コンタクタリレーは、大電流を切り替えるために最適化されており、電動モーターの始動などに使用されます。これらのデバイスは一般的にNO接点のみを備えています。
- TRIAC: 「交流のための三極管」の略であるTRIACは、2つの主端子を通じて電流をどちらの方向にも流すことができるソリッドステートデバイスです。ゲートピンがこれらのデバイスを起動します。
- コンピュータチップ: ゼロから独自の計算デバイスを開発したくないかもしれませんが、これらのチップは手のひらに収まるパッケージに数十億のトランジスタを詰め込んでいることに注目する価値があります。これは小型化の驚異です。
リレーとトランジスタの使用時期
非常に高負荷または未知の負荷の場合、リレーが最適かつ実用的な選択肢です。電力消費が重要な場合や、何かを何百万回、何十億回も切り替える必要がある場合は、トランジスタを選択してください。専門的なソリューションが必要な場合、追加のデバイスがさらなる選択肢を提供します。
思慮深いエンジニアは時折、選んだ部品や方法を再評価します。アプリケーションにSSRが利用できないか、高すぎることがあるかもしれません。あるいは、顧客が不適切な負荷をトランジスタ出力から駆動しようとし続けるかもしれません。どんな課題であっても、完璧なソリューションは、常に頼ってきた標準的なツールではないということを考慮してください。
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