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干簧继电器工作原理及应用

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在干簧继电器中,干簧开关通过电磁线圈驱动,其基本结构如图 1所示。干簧继电器所需驱动功率相对较低,通常使用晶体管、直接TTL 或 CMOS 驱动器进行控制。当干簧继电器触点处于无电流闭合或小于 5 伏 @ 10 毫安时,可实现数亿次可靠操作。在自动测试设备等需要进行数千万次的开关操作的应用场景中,干簧继电器能够应对这一挑战,展现出卓越的适配性。

图 1.干簧继电器由一个绕有铜绝缘线的线圈和一个安装于其中心轴上的干簧开关组成。

通过合理的设计与选材,在干簧开关外围设置静电屏蔽层并正确接地,可使继电器在传导极微弱信号(纳伏级电压或飞安级电流)时几乎不受干扰(参见图2)。这项技术在其他方案中极难实现,或需付出极高成本。

 

图 2.干簧继电器结构示意图:线圈、干簧开关及(同轴)屏蔽层的布置方式

通过在线圈内部采用同轴屏蔽,干簧继电器对高频信号呈现传输线特性。随着干簧开关尺寸的不断缩小,干簧继电器封装的整体长度已缩小到8毫米以下,其分布电容(开关到屏蔽)减小到 0.8 pF 以下(见图 3)。这使得干簧继电器能够传输高达 6 千兆赫的频率,且不会出现严重的信号强度损失(通常在3dB以内)。通常情况下,插入损耗低至 0.2 dB,驻波比为 1.1,频率可达 2 GHz。干簧继电器的射频特性可与砷化镓MOSFET器件媲美,在1吉赫兹及以上频率范围内具有显著的成本优势。凭借优异的射频性能,干簧继电器现已广泛应用于半导体测试设备和蜂窝通信设备领域。

图 3.安装在同轴屏蔽内部的干簧开关,为千兆赫频率提供了极佳的射频路径。

目前,干簧继电器已在众多领域得到应用,且应用范围仍在持续扩展。

干簧继电器应用

尽管面临半导体器件和电磁衔铁式继电器等小型开关设备的激烈竞争,干簧继电器的应用领域仍在逐年增长。由于干簧继电器的触点采用气密密封,因此触点可切换低至飞安级和纳伏级的低电平信号。而电磁继电器因非密封结构会在触点表面形成聚合物薄膜,需要电压击穿该层才能导通,无法实现微弱信号切换。同样,半导体器件也需要处理电容、泄漏电流和半导体偏移等问题,这明显限制了低电压和低电流的开关和检测。

此外,电磁继电器最多只能进行低至数百万次的开关操作。由于其衔铁围绕枢轴点运动会产生机械磨损,从而缩短使用寿命。而干簧开关没有易损件,因此在信号条件下可进行数亿次无故障操作。干簧继电器非常适合要求低而稳定的接触电阻、低电容、高绝缘电阻、长寿命和小体积的开关应用、高绝缘电阻、长寿命和小尺寸的开关应用。对于高射频开关、超高压开关、极低电压或低电流开关等特殊要求,干簧继电器也是理想之选。

干簧继电器的特点

  • 使用寿命长(109次可靠操作)
  • 多极配置,最多 8 极
  • Form A(常开开关)
  • Form B(常闭开关)
  • Form C(单刀双掷 – 常闭触点在常开触点动作之前断开)
  • Form D(单刀双掷–常开触点先于常闭触点断开)
  • Form E(闭锁 – 双稳态开关)
  • 低接触电阻(小于 50 毫欧)
  • 高绝缘电阻(大于1014欧姆)
  • 开关电压高达 10,000 V
  • 大电流承载能力
  • 能切换和承载低至 10 纳伏的信号
  • 能够切换和传输毫微安范围的信号
  • 能够切换和传输高达 10 千兆赫的信号
  • 工作时间在 100 μs 至 300 μs 之间
  • 工作温度范围为 -55 至 100°C
  • 可在各种环境下工作,包括空气、水、真空、油、燃料和含尘环境
  • 能够承受高达 200 Gs 的冲击
  • 能够承受 50 Hz 至 2,000 Hz、高达 30 Gs 的振动环境
  • 可提供超微尺寸
  • 可自动插入
  • 标准引脚输出
  • 提供多种封装样式
  • 多种簧片开关可供选择
  • 多种线圈电阻
  • 干簧继电器可以电流或电压模式驱动
  • 许多干簧继电器通过 UL、CSA、EN60950、VDE、BABT 223ZV5 认证
  • 许多干簧继电器都具有磁屏蔽功能
2026年8月10日 15:25
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