单片机能直接驱动继电器吗？三极管驱动继电器的电路怎么设计

电磁继电器是一种可控型的开关器件，主要由线圈、铁芯和触点构成。其工作原理非常容易理解，线圈通电流过一定的电流后，会在产生磁场，利用电磁效应使得触点动作。单片机的输出电流有限，不宜直接驱动继电器，而通常使用三极管来驱动继电器，那么三极管驱动继电器的电路该如何设计呢？需要注意哪些地方？下面来分析一下。

1.NPN三极管驱动继电器的工作原理

NPN三极管可以用来驱动继电器，三极管工作在截止状态和饱和状态。电路如图1所示。

1 - NPN三极管驱动继电器原理

基极上出现高电平时，NPN三极管导通，继电器线圈得电触点动作；

基极上出现低电平时，NPN三极管截止，继电器线圈失电触点复位；

电阻的作用

基极上的电阻叫做限流电阻，防止电流过大把三极管烧坏，起到保护三极管的作用；下拉电阻的作用是防止三极管误触发引起继电器误动作，在单片机初始化的过程中，GPIO端口输出状态可能不确定，这种情况下下拉电阻将基极下拉至确定的低电平放置了三极管的误导通。

二极管的作用

图中的二极管叫做续流二极管，反向并联在线圈的两端。我们知道继电器线圈呈现感性负载特性，在线圈失电的瞬间，线圈会阻碍电流的变化，使得线圈两端会产生反向的电动势，这个电位可能会比较大，导致三极管CE极之间的电压比较高超过其耐压值从而使三极管被击穿，而这个二极管就为反向电动势提供了一条泄放通道，保护了三极管，使其不被击穿。

2.PNP三极管驱动继电器的工作原理

PNP三极管也可以用来继电器，接电路原理图与NPN三极管稍有区别，其电路如图2所示。

2 - PNP三极管驱动继电器原理

基极的电阻也起到限流作用，保护三极管。PNP三极管是通过电阻将基极上拉至VCC，这个电阻叫做上拉电阻，在单片机的GPIO的输出状态不确定的时候，将基极电平置为高电平，不让PNP三极管误导通。

3.继电器为什么都接在集电极

通过以上两个电路可以看出，继电器都接在了三极管集电极。三极管能不能接在发射极呢？答案是不能接在三极管的发射极的。下面以NPN三极管为例，介绍一下为什么不能接在发射极，错误的电路原理如图3所示。

3 - 继电器接在三极管的发射极

在正常工作时，三极管的发射极电压比基极电压要低0.7V左右，假设单片机的GPIO输出的是5V，继电器的线圈是5V的，如果忽略基极限流电阻的压降，那么三极管导通后发射极的电压应该是(5-0.7)V=4.3V左右，即加在继电器线圈两端的电压是4.3V左右，这可能无法满足继电器线圈额定电压的要求，从而导致继电器无法动作。

这就是不管NPN三极管还是PNP三极管，都把继电器接在集电极的原因。