Relais vs. Transistoren: das beste Werkzeug für die Aufgabe auswählen

Um eine Aufgabe gut zu erledigen, benötigen Sie die richtigen Werkzeuge. Doch im Leben ist das richtige Werkzeug oder Bauteil nicht immer offensichtlich. Wenn Sie beispielsweise einen Nagel einschlagen müssen, eignet sich ein Hammer sehr gut. Aber um ein Stück Holz zu schneiden, könnten Sie eine Tischsäge, Gehrungssäge, Stichsäge, Zugkreissäge, Oberfräse, ein Messer, einen Laserschneider oder viele andere Geräte verwenden. Sie alle schneiden Holz, aber einige können für bestimmte Aufgaben viel besser geeignet sein als andere.

Die Ingenieurwelt kennt diesen Kampf gut, und Transistoren und Relais sind ein perfektes Beispiel. Nominal tun beide Geräte dasselbe – sie schalten den Stromfluss ein und aus – aber sie verwenden sehr unterschiedliche Methoden. Abhängig von Ihrer Erfahrung und Branche, ziehen Sie möglicherweise das eine oder das andere vor, aber jedes Gerät hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Um zu bewerten, welches für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, ist es wichtig, die Details der Eigenschaften jedes Geräts zu verstehen.

Zuverlässige Relais

Relais sind eine bewährte Technologie, die Kontakte physisch umschalten, als würden Sie selbst einen Schalter betätigen. Typischerweise verwenden sie ein Elektromagnet Reed-Relais, um ein kleines elektrisches Signal zu ermöglichen, viel höhere Spannungen zu schalten.
 
Relais unterscheiden sich in einigen wesentlichen Punkten von Transistoren. Hier sind fünf ihrer größten Unterschiede:

• Relais handhaben viel höhere Strom- und Spannungsbelastungen.
• Relais können Lasten unabhängig von der internen Schaltung des Geräts schalten.
• Relais können Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) Lasten handhaben.
• Relais verlieren keinen Strom. Ein Relais ist entweder vollständig ein- oder ausgeschaltet.
• Relais haben einen sehr niedrigen Widerstand. Aus elektrischer Sicht ist ein geschlossenes Relais praktisch identisch mit einem ununterbrochenen Draht.

Transistoren: Geschwindigkeit und Einfachheit

Transistoren lassen Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter fließen, im Gegensatz zu einem Ein-/Ausschalter. Sie verwenden keine beweglichen Teile. Stattdessen variiert der Transistor bei positiver Spannungsanwendung die Leitfähigkeit des Transistormaterials. Hier sind acht spezifische Merkmale von Transistoren im Vergleich zu Relais:

• Sie sind viel schneller als Relais. Die Schaltbereiche liegen typischerweise im Nanosekundenbereich (10-9 Sekunde), zahlreiche Größenordnungen schneller als das entsprechende Relais.
• Transistoren können sich wie analoge Geräte verhalten, was die Signalverstärkung ermöglicht.
• Sie sind viel kleiner als das entsprechende Relais.
• Transistoren sind leise und zeigen nicht an, ob sie aktiviert sind.
• Sie können einen Transistor verwenden, um ein Signal eine größere Last schalten zu lassen, aber es ist nicht völlig unabhängig. Designer müssen mehr über das geschaltete Gerät wissen als bei der Verwendung eines Relais.
• Sie müssen Ihren Transistor ordnungsgemäß spezifizieren, während Relais eine breite Palette von Stromarten tolerieren können.
• Sie sind kostengünstig.
• Sie können einen Transistor nicht mit Wechselstrom verwenden.

Ähnliche elektronische Komponenten

Typische Transistoren und Relais haben praktisch unbegrenzte Anwendungsbereiche, aber diese spezialisierten Lösungen erfüllen ähnliche Aufgaben.

• Solid-State-Relais: Eine Art Hybrid zwischen einem herkömmlichen Relais und einem Transistor. Diese Relais schalten eine Last mithilfe einer LED, die durch die Steuerschaltung aktiviert wird. Die LED aktiviert einen lichtgesteuerten MOSFET, der die Last steuert. Diese Geräte sind geräuschlos, schalten in einer Millisekunde oder weniger und sind zuverlässiger als herkömmliche Relais.
• Schütz: Schützrelais sind für das Schalten großer Ströme optimiert, wie z.B. das Starten von Elektromotoren. Diese Geräte verfügen in der Regel nur über NO-Kontakte.
• TRIAC: Kurz für „Triode für Wechselstrom“, ist der TRIAC ein Halbleiterbauelement, das den Strom in beide Richtungen durch zwei Hauptanschlüsse fließen lässt. Ein Gate-Pin aktiviert diese Geräte.
• Computerchip: Möglicherweise möchten Sie kein eigenes Rechengerät von Grund auf entwickeln, aber es ist bemerkenswert, dass diese Chips Milliarden von Transistoren in ein Gehäuse packen, das leicht in Ihre Handfläche passt. Es ist ein Wunder der Miniaturisierung.

Wann Relais und Transistoren verwendet werden sollten

Für sehr hohe oder unbekannte Lasten ist ein Relais Ihre beste und praktischste Option. Wählen Sie einen Transistor für kleinere Lasten, wenn der Stromverbrauch wichtig ist oder wenn Sie etwas Millionen- oder Milliardenfach schalten müssen. Für eine spezialisierte Lösung bieten die zusätzlich aufgeführten Geräte weitere Optionen.
 
Ein umsichtiger Ingenieur überdenkt gelegentlich die gewählten Komponenten und Methoden. Vielleicht ist ein SSR für Ihre Anwendung nicht verfügbar oder zu teuer. Oder ein Kunde versucht ständig, eine ungeeignete Last mit Ihrem Transistorausgang zu betreiben. Unabhängig von Ihrer Herausforderung sollten Sie bedenken, dass Ihre perfekte Lösung möglicherweise nicht das Standardwerkzeug ist, auf das Sie sich immer verlassen haben.