リレー

『トランジスタ』と『リレー』の違い

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MOSFETではゲート、バイポーラトランジスタではベースに信号を入力することで、スイッチ動作をする『トランジスタ』。コイルに電流を流すことによって発生する磁場で物理的にスイッチする『リレー』。
両方ともスイッチとして使えますが、これらの違いは何があるのでしょうか?
今回この違いについて説明します。

最初に・・・

トランジスタとリレーの回路図
説明するにあたり、最初にトランジスタとリレーの回路図を紹介します。上図はトランジスタ(MOSFET)とリレーの回路図です。トランジスタにはMOSFETやバイポーラトランジスタがありますが、今回はMOSFETをトランジスタの代表として、リレーと比較していきます。

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トランジスタとリレーの違い

トランジスタとリレーの違い
ではこれからトランジスタとリレーの違いについて説明します。

違い1:入力と出力の絶縁関係が違う

リレーは絶縁されている
トランジスタは入力側(制御信号)と出力側が絶縁されていません

一方、リレーは入力側と出力側が絶縁されています

違い2:サイズが違う

トランジスタよりもリレーの方が大きいです。

違い3:スイッチング速度が違う

トランジスタは半導体を用いてスイッチを行うため、高速スイッチングが可能です。MHz単位のスピードでスイッチングすることができます。一方、リレーは機械的にスイッチを行うため、高速にスイッチングすることができません。200Hz程度のスピードでしかスイッチングをすることができません。

違い4:電流・電圧定格が違う

トランジスタには定格電流(電気的に安全に使用できる電流の限度値)と定格電圧(電気的に安全に使用できる電圧の限度値)が決まっています。そのため、その定格電流と定格電圧の範囲のみしか使用することができません。また、サージ電流やサージ電圧に弱いです。一方、リレーはトランジスタと比較すると、定格電圧と定格電流が大きいため、過電圧が印可されても壊れる可能性が小さくなっています。ただ、大電流をスイッチするとリレー接点が焼損する可能性があります。

違い5:抵抗値が違う

オンの時の抵抗値
トランジスタはオン抵抗が高く、トランジスタに電流が流れることで電圧が低下してしまいます。一方、リレーはオン/オフのデバイスであり、オン抵抗(接触抵抗)が数十mΩと小さく、トランジスタと比較すると電圧降下が小さいです。そのため、リレーがオン時の電力損失はトランジスタよりも電力損失が小さくなります。
なお、リレーのオン抵抗は接触抵抗と呼ばれることがあります。

オフの時の抵抗値
トランジスタはオフの状態でも完全に無限の抵抗値ではないため、多少の漏れ電流が流れます。そのため、この漏れ電流が電子回路に影響を与える可能性があります。
一方、リレーは物理的に絶縁されるため、完全なオープン状態となり、無限の抵抗値となります。

違い6:動作温度が違う

トランジスタには動作可能の温度範囲があり、その温度範囲を超えると破損する可能性がありますが、リレーは温度範囲がトランジスタより広いため、トランジスタより温度に対して強いです。

違い7:寿命が違う

トランジスタはスイッチング動作を凝り返してもほとんど摩耗がありませんが、リレーは機械的な動作なのでスイッチング動作を繰り返すことで接点が摩耗します。そのため、リレーを扱う際には接点摩耗による寿命を考慮する必要があります。100万~1億回のスイッチング動作によって摩耗によって寿命を迎えます。1秒間に何回もスイッチング動作をする必要がある場合には、トランジスタを使用することが有効になります。

違い8:リレーは交流をスイッチング可能である

リレーは交流をスイッチング可能
トランジスタは直流のみしかスイッチングをすることができません。しかし、リレーは交流をスイッチング可能です。

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