Relais und Transistoren sind die beiden am häufigsten in der Elektronik verwendeten elektrisch betätigten Schalter. Sie sind jedoch kein perfekter Ersatz füreinander.
Einzigartige Eigenschaften von Relais und Transistoren
Relais und Transistoren sind Geräte mit mehreren Anschlüssen, die Schaltfunktionen bereitstellen. Bei beiden Komponenten wird das Schalten durch Anlegen einer elektrischen Spannung/eines elektrischen Stroms betätigt, der genaue Mechanismus, mit dem Strom durch den Schalter fließen kann, ist jedoch bei Relais und Transistoren unterschiedlich.
Relais schaltung: Ein Relais ist ein mechanischer Schalter, der durch die Erzeugung eines Magnetfelds in der Nähe eines Ankers durch elektrischen Strom ausgelöst wird. In einer Spule wird ein Magnetfeld erzeugt, das den mechanischen Schaltanker zuzieht oder aufstößt.
Transistor schaltung: Transistoren sind Halbleiterbauelemente und die elektrische Leitfähigkeit des Leitungskanals wird durch Anlegen einer Spannung (bei FETs) oder eines Stroms (bei Bipolartransistoren) an den dritten Anschluss moduliert.
Da diese Komponenten den Stromfluss über unterschiedliche Mechanismen ermöglichen, weisen sie auch unterschiedliche Schalteigenschaften auf. Sie sind außerdem für den Einsatz in unterschiedlichen Situationen konzipiert, abhängig von der Art der an das Gerät angeschlossenen Last und der Stromquelle.
Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich der verschiedenen Anwendungen für Relais und Transistoren:
| Anwendungsbereich und Spezifikation | Relais | Transistor |
| Leistungspegel | Kann mit sehr hohen Spannungen und Strömen verwendet werden, die Transistoren zerstören würden. | Leistungstransistoren können Durchbruchspannungen von bis zu ~100 V haben und Dutzende Ampere liefern. |
| Ladetyp | Kann zur Stromversorgung einer Reihe von Lasten verwendet werden. | Die Leistungsabgabe an die Last muss sorgfältig geplant werden, damit der Transistor nicht in die Sättigung gerät. |
| Schaltfrequenz | Langsames Schalten, nicht für eine große Anzahl von Schaltvorgängen oder wiederholtes Schalten gedacht. | Kann mit sehr schnellem Schalten bei hoher Frequenz verwendet werden (z. B. ~100 kHz in Netzteilen oder ~2 GHz in CPUs). |
| Widerstand im EIN-Zustand | Sehr niedrig; gleich dem Gleichstromwiderstand der elektrischen Kontakte. | Bis hin zu ~mOhm für große Leistungs-MOSFETs. |
Der Unterschied zwischen Transistor- und Relaisausgang:
Vorübergehende Reaktion
Dies ist ein Bereich, in dem sich Relais wirklich von Transistoren unterscheiden. Da Relais häufig in Hochspannungssystemen eingesetzt werden, muss der Anker beim Schließen einen großen Weg zurücklegen, sodass die Schaltzeit recht lang ist. Die typische Schaltzeit für ein Relais beträgt mehrere zehn Millisekunden, während die Schaltzeit für große Leistungstransistoren Nanosekunden erreichen kann (über den Faktor 1 Million schneller). Nur zum Vergleich: In Hochgeschwindigkeitskomponenten wie CPUs/GPUs/MPUs und in Hochgeschwindigkeits-Signalisierungsprotokollen wie PCIe und DDR findet eine extrem schnelle Transistorumschaltung statt. Wenn daher ein sehr schnelles Schalten erforderlich ist, ist ein Transistor die beste Wahl.
Da Transistoren zum Schalten des zu ICs fließenden Stroms verwendet werden können, treiben sie im Wesentlichen kapazitive Lasten an und am IC-Pin ist aufgrund seiner Eingangskapazität eine leicht verzögerte Reaktion zu beobachten. Vergleichen Sie dies mit einem Relais; Die Spuleninduktivität des Relais erzeugt beim Schalten einen Gegen-EMF-Anstieg, der integrierte Schaltkreise zerstören kann. Diese Gegen-EMK wird normalerweise mit einer Rücklaufdiode gedämpft, um Schäden an anderen Komponenten im System zu verhindern.
Isolation
Der Aktivierungskreis eines Relais ist von der stromführenden Seite des Relais galvanisch getrennt, was ein hohes Maß an Sicherheit bietet, wenn Relais zum Schalten hoher Spannungen verwendet werden. Im Gegensatz dazu verfügt ein Transistor über keine Isolierung und ein ESD-Ereignis an einem Anschluss kann sich auf die beiden anderen Anschlüsse ausbreiten. Transistoren, die in Hochleistungssystemen verwendet werden, die einen gewissen ESD-Schutz benötigen, erfordern einige zusätzliche Komponenten zum Schutz des Benutzers und um sicherzustellen, dass die Schaltkreise nicht beschädigt werden.
Gleich- und Wechselstrom
Ein Relais kann mit Wechsel- oder Gleichstrom über einen sehr breiten Leistungsbereich verwendet werden. Ein Transistor ist im Allgemeinen für die Verwendung mit Gleichstrom oder digitalen Signalen gedacht, kann aber auch mit Wechselstromsignalen verwendet werden. Allerdings muss ein Transistor sorgfältig für den Betrieb in seinem linearen Bereich ausgelegt sein, um zu verhindern, dass das übertragene Wechselstromsignal abschneidet und harmonische Verzerrungen erzeugt. Aus diesem Grund sind Transistoren für den Einsatz in Hochleistungs-Wechselstromsystemen weniger wünschenswert, aber als analoge Komponenten sind sie im Allgemeinen immer noch nützlich, solange sie im linearen Bereich arbeiten.
Lebensdauer
Relais dürfen nicht wiederholt geschaltet werden, da ihre elektrischen Kontakte mit der Zeit verschleißen. Im Gegensatz dazu verfügt ein Transistor über keine beweglichen Teile, sodass er eine außerordentlich lange Lebensdauer hat und ohne Verschleiß wiederholt geschaltet werden kann, solange er nicht über seine absolute Maximalleistung hinaus betrieben wird. Deshalb werden Transistoren als Schaltelemente in Schaltnetzteilen und Stromrichtern eingesetzt.
Hier die Links zu unserem Funkschalter mit Relaisausgang:
DC 1 Kanal Reaisausgang FunkSchalter
AC 1 Kanal Reaisausgang FunkSchalter
DC 2 Kanäle Reaisausgang FunkSchalter
AC 2 Kanäle Reaisausgang FunkSchalter
DC 4 Kanäle Reaisausgang FunkSchalter
AC 4 Kanäle Reaisausgang FunkSchalter
DC 6 Kanäle Reaisausgang FunkSchalter
AC 6 Kanäle Reaisausgang FunkSchalter