常见问题：继电器

无论何时进行电压测量，都必须考虑产生分压器的影响。 开关另一侧的电阻是多少？例如，如果开关的阻值为^1E10 欧姆，它连接到一个 100 兆欧（1^E8）的电阻器上，10000 伏特的电压施加到开关远离电阻器的另一端，串联电路的设置是这样的：一部分电压会落在开关上，另一部分电压会落在 100 兆欧的电阻器上。 一个串联电路基本上由两个电阻器串联而成。一个电阻是^1E10 欧姆的开关，另一个是^1E8 欧姆的负载电阻。 当向该电路施加 10,000 伏特电压时，大约有 1 µA 的电流将流向断开的开关并通过负载电阻。如果开关两端的绝缘电阻为^1E11 欧姆，则电阻两端的电压仅为 10 伏。但是，如果干簧管两端的绝缘电阻为^1E9 欧姆，那么负载两端的电压将高达 1000 伏。 希望这能更好地解释您和客户所看到的情况。

一般来说，低热继电器需要热补偿。 氧化铝和铍是常用的热芯片，因为它们在保持电气隔离的同时具有很好的导热性。

对于温度为 20°C 的低热干簧继电器，与铜连接的簧片开关结点会产生 1 毫伏电压，结点温度变化 1°C 会产生额外的 60µV 电压。

线圈电阻越大，继电器产生的功率就越小，因此产生的热偏移电压也就越小。 通过使用磁屏蔽，触点可以看到更强的磁场。 这样，继电器设计人员就可以增加线圈电阻，从而降低继电器的功率和发热量。

是的，线圈电阻直接控制继电器的发热量。产生的热量越多，就越需要补偿热偏移电压。 尽可能提高线圈电阻显然是朝着正确方向迈出的一步。

磁簧开关由镍/铁组成，与铜（PCB 线路）连接时，热电偶会产生高偏移电压。由于两端都有热电偶，因此需要对这些高偏移电压进行补偿，否则它们将淹没客户试图切换的任何小偏移信号。 因此，制造低热继电器的关键在于开发一种补偿技术，对这些高偏移电压进行补偿。 精心放置的热芯片可以完成这项工作。

一般来说，低热继电器用于切换需要两个单投继电器的差分信号。 单极单投继电器用于高端万用表的前端。

低热或低偏移干簧继电器用于需要切换和放大产生极低电压信号的传感器。它们还用于高端万用表的前端和数据采集系统中的热电偶开关。

低热干簧继电器用于在低微秒 (µV) 范围内切换低电压，信号通过继电器后不会以任何方式改变信号电平。

SIL 系列最高可用于 800MHz 频率，MS 系列最高可用于 1.5 GHz 频率。

可以，改善继电器射频特性的一个简单技巧是将线圈的起始线接地。 由于线圈线是铜线，其第一层可以代表信号的屏蔽层。 这样，客户就可以使用这种技术切换和传输高达 500 MHz 的射频信号。 这样，我们就可以在射频电路中使用 SIL 和 MS 继电器系列。

测试射频时，最好的关联方法是使用相同的测试夹具。 我们可以将我们的射频夹具借给客户，以获得相同的结果。

客户收到我们的射频表面贴装继电器后，需要将继电器的输入和输出阻抗与 PCB 匹配，具体方法是在继电器和 PCB 的交界处，在继电器的两侧各增加少量电容和/或电感。

T “型开关配置是射频电路中提高隔离度的一种方法。 它由三个干簧继电器组成。 继电器的排列方式如下：一个继电器位于 T 型的左上方，第二个继电器位于 T 型的右侧，在交界处之后，第三个继电器安装在 T 型的垂直部件上。为了达到最大隔离度，第一个和第二个继电器处于打开状态。第三个继电器处于闭合状态，其 T 的下端接地。 在第一个继电器断开的情况下，任何泄漏到三个继电器交界处的信号都将被分流到地。 任何仍留在交界处的信号都将被第二个继电器断开的触点进一步隔离。当信号通过 “T “型继电器时，第一个和第二个继电器都处于闭合状态，使信号通路畅通。 第三个继电器处于断开状态。 T “型配置将提高隔离效果，但由于信号通路较长，会造成一些信号损失。

如果客户选择了我们的表面贴装干簧继电器，则应将我们的射频干簧继电器安装在表面贴装环境中。 为了获得最佳性能，客户应将我们的继电器轴向安装在其 PCB 上。 此外，客户还需要调整其 PCB 上的阻抗，使其与我们的继电器进出阻抗完全匹配。

为了使干簧继电器获得最佳的射频性能，其引线应轴向安装到 PCB 上。 这意味着需要在 PCB 上开孔，使继电器本体的近一半位于孔中。 在此，引线从干簧继电器中直线引出，没有转弯，从而最大限度地减少了信号传输。

要制作最佳的射频干簧继电器，需要进行简单的几何设计，最好是同轴设计，尽量减少改动。 设计应尽可能短。

如果客户使用矩阵形式的多个继电器，并通过矩阵传递射频信号，那么为他们提供同一封装中的多个继电器矩阵是非常有意义的。当继电器串联时尤其如此，因为这从根本上减少了信号路径长度。在这种情况下，继电器的进出路径长度被消除，信号只需以最小的路径距离从一个继电器传出并进入另一个继电器。

是的，在通过干簧继电器时，应始终努力使信号的路径长度最短。 此外，在通过干簧继电器时，应尽量减少信号需要转过的圈数。

是的，特性阻抗越一致，越接近 50 Ω，射频特性就越好。 只要阻抗发生最轻微的变化，部分信号就会被反射，从而降低插入损耗。

测试干簧继电器的射频特性并非易事。 您需要网络分析仪和专用射频测试夹具。 请参阅 Standex Electronics 工程说明：射频开关元件测试。

射频电路中干簧继电器的隔离度基本上是由间隙距离决定的。 因此，在干簧继电器设计中，控制或提高隔离度的唯一方法是使用间隙更宽的干簧开关。 这意味着使用更高的安匝开关，也就是功率更大的线圈。

S 参数由我们的网络分析仪在进行射频测量时生成。 由于这些参数以电子方式存储，因此可以通过电子邮件轻松传递给射频设计人员和潜在客户。

S 参数对射频电路设计人员非常重要，因为他们可以将这些参数放入射频软件中使用。 该软件可以模拟射频电路。这样，射频设计人员就能知道我们的继电器在其电路中将如何与其他射频元件相互作用。

设计用于传输高频率的干簧继电器通常采用同轴设计方法。 考虑到这一点，计算特性阻抗的公式如下：Z = 60/(√(€R) + ln(2h/d)) 其中，Z 是特性阻抗，√ 是平方根，(€R) 是屏蔽和干簧开关之间的介电常数，ln – 是自然对数，h 是屏蔽的直径，d 是干簧开关的直径。

设计用于传输高频率的干簧继电器一般采用同轴设计方法。 考虑到这一点，计算特性阻抗的公式如下：Z = 60/(√(e)) ln((D)/A) 其中 Z 是特性阻抗，√(e) 是介电常数的平方根，ln – 是自然对数，D 是屏蔽的直径，A 是干簧片的横截面。

电感的计算公式如下：L = µo n d A1 其中 L 是电感，µo 是磁导常数，n 是匝数，d 是信号线的长度，A1 是信号线屏蔽的长度。

电容的计算公式如下：C =( e A)/d 其中 C 是电容，e 是介电常数，A 是屏蔽和干簧管叶片，d 是屏蔽和叶片之间的距离。

特性阻抗的计算公式为：Z = √(R + (XL – Xc)2 ) 其中 Z 为特性阻抗，R 为直流电阻，XL 为感抗，Xc 为容抗。

电容电抗按以下公式计算：XC = 1/（2∏fC），其中 XC 是电容电抗（单位：欧姆），f 是频率（单位：赫兹），C 是电容。

电感电抗按以下公式计算：XL = 2∏f L，其中 XL 是电感电抗（单位：欧姆），f 是频率（单位：赫兹），L 是电感。

在信号路径的任何给定点，如果电容、电阻或电感发生变化，特性阻抗是否也会发生变化？

当沿给定信号路径传输的脉冲遇到特性阻抗变化时，其部分信号强度将沿原信号路径反射回来。 这表示信号强度的损失。

信号路径、屏蔽和具有相应介电常数的材料是构成特性阻抗的主要成分。

信号路径及其长度至关重要，越短越好。 最好将信号路径和屏蔽层视为一个几何形状。 尽可能保持该几何路径的一致性至关重要。 任何变化都会改变特性阻抗，并产生信号损耗。

如果某个继电器的上升时间为 50 皮秒，则通过该继电器的数字脉冲的上升时间将增加 50 皮秒。 现在，如果它们必须通过由五个继电器组成的矩阵，则其上升时间将增加 250 皮秒。因此，系统设计师必须知道信号将通过多少个继电器或元件，以确定元件是否能在电路中正常工作。

要将连续波与运行频率为 2 GHz 的数字时钟相提并论，必须考虑构建数字脉冲需要多少次基频谐波。 通常至少需要考虑原始频率的 5 次谐波。 因此，要在电路中通过 2 GHz 的数字脉冲，其频率响应必须达到 10 GHz。

数字脉冲的关键在于其上升时间。例如，如果脉冲前沿的上升时间为 50 皮秒，则相应的频率相当于 20 GHz。

S 参数为给定频率提供幅度和方向。 S 参数非常有用，它能以数字格式提供有关元件特性的信息，还能让射频设计人员在实际元件加入电路之前了解元件在电路中的功能。

当一个数字脉冲通过一个元件或电路时，它将以一定的上升时间进入电路。 当它离开电路或元件时，它将有一个新的上升时间。回转率就是离开时的上升时间减去到达时的上升时间的差值。

上升时间通常是指数字电路中的上升时间。 脉冲越短，上升时间就越重要。 它是指从脉冲开始到脉冲高度 90% 点的时间。 电路需要具有良好的射频特性，才能通过这些快速脉冲。上升时间是一个需要考虑的重要参数，不能处理快速上升时间脉冲的电路将有效屏蔽数字脉冲。

VSWR 是电压驻波比的缩写。 当信号在电路中传播被反射回来时，它们可能会到达另一个元件，然后再次被向前反射。 这些来回反射会在电路中产生驻波。 这些驻波会造成电路损耗很大。

当信号进入电路或元件时，部分信号可能会被反射回原来的方向。 回波损耗就是对信号损耗的测量。

插入损耗是指信号进出给定电路或进入元件和离开元件时的损耗。 如果信号进入元件时是 100% 的信号，而从元件出来时出现了损耗，这就是插入损耗，测量单位为分贝 (dB)。3 dB 是任何元件的终点，相当于信号强度降低了 50%。

射频可以也确实覆盖开路，从开关的输入端到输出端的信号量代表了以分贝 (dB) 为单位的隔离度，-65 dB 被认为是最佳隔离度。一般来说，-20 dB 是一个可行的水平。

射频喜欢在特性阻抗一致的电路中传播。 特性阻抗的任何变化都会造成信号损耗。 特性阻抗 Z 本质上是一种电阻测量值。 它有三个矢量相加的分量。特性阻抗是沿着给定信号路径计算的，上述三个电阻中任何一点的变化都会改变阻抗。

射频附着在导体的外侧，频率越高，射频越靠近导体外侧。 许多射频特性与直流完全不同。 它有一套全新的参数：

• 特性阻抗
• 插入损耗
• 驻波比
• 上升时间
• 隔离度
• 压摆率
• 等等。

干簧继电器的频率响应平坦，频率可达 20 GHz。 它们的成本适中且稳定。 它们的体积越来越小。 质量问题一直是它们的主要问题。 它们不善于切换大功率，但正在这方面进行改进。

机电继电器的开关频率可高达 20 GHz。 它们可能非常昂贵，而且体积很大。 与磁簧继电器一样，它们确实具有良好的平坦频率响应。 它们的体积很大，占用了太多的电路板空间，而且工作时需要很大的功率。它们具有很好的隔离性能，能够切换更大功率的射频。

半导体的开关频率可达 100 千兆赫，超过 10 千兆赫，成本就会变得很高。 与其他技术相比，半导体的体积最小，频率响应不连续，有模块间失真，需要增加电路来控制。 还需要增加电路来改善频率响应。

干簧继电器在很大的频率范围内具有很好的线性，通常从直流到 20 GHz。 半导体需要滤波器，并存在模块间失真，这意味着需要使用额外的元件。 干簧继电器本身就能完成工作，是切换低信号电平射频负载的理想选择。干簧继电器的尺寸比机电继电器小得多，与半导体继电器相当。

通常使用半导体、干簧继电器和机电继电器来切换射频。 每种技术都有其优点和缺点。

射频是以极高频率振荡的电脉冲波。 这种波与我们的 50 或 60 个周期的线电压和电流没有什么不同。 每秒发生 50 或 60 个周期，而不是每秒发生数十亿个周期。 1 GHz 的频率是每秒振荡 10 亿次的频率。 在数字世界中，电脉冲传递信息。脉冲越短，每秒可传递的信息就越多。 一台工作频率为 2 GHz 的计算机每秒可处理 20 亿个脉冲。 电子电路要处理一个脉冲，必须有能力承载 5 倍于其基数的脉冲。 这意味着承载 2 GHz 脉冲的电路必须有能力承载 5 倍于其基数或 10 GHz 的射频。 这是因为方波是由原始频率的 5 次谐波组成的。

射频能量（电压和电流的组合）在导体中传播时，倾向于在导体的外部传播。 频率越高，射频能量在导线外径上传播的越多，或者说在导体的 “表皮 “上传播的越多。这就有效地减少了能量传播的横截面积。 如果射频能量仅为信号水平，则射频能量通过导体时，电阻损耗造成的衰减很小。 但是，如果射频能量很大，导体中传导的功率相当大，则可能出现严重的电阻损耗。此时可能会出现严重的电阻损耗，信号也会急剧丢失。 此外，可能会出现严重的发热现象，导致触点温度上升到居里温度以上。 在这种情况下，干簧引线将失去磁性，导致触点打开。 此时可能会导致干簧开关触点完全损坏。一旦温度降至居里温度以下，磁性恢复，触点就会重新闭合。 现在，触点将关闭全部负载，并重新开始加热，直至再次达到居里温度。 在这种情况下，触点将打开和闭合，直至触点短路或损坏。 在这种情况下，在触点及其引线的外表面添加铜，可减少或消除潜在的灾难性影响。

检查干簧开关，看是否有任何细微裂纹。 如果没有，则应将开关送回 Standex Electronics，以确定开关失去真空的原因。

在有两个串联开关的继电器中：如果其中一个开关失去真空度，它的击穿电压就会很低。 两个串联开关用于实现两个 10,000 伏击穿电压相加超过 20kV 的叠加效应。因此，出问题的可能是其中一个开关失去了真空，可能是由于一个小裂缝或密封不良。 尝试去除簧片焊接在一起的末端的一些环氧树脂，然后逐个测试，看看哪个可能坏了。

如果高压测试仍然良好，那么在我看来，它们可能切换了过多的功率和/或携带了过多的电流。 小心掰开干簧开关外壳，查看触点，看触点闭合时触点的末端是否有任何点蚀或烧灼痕迹。 如果发现这种情况，则需要查明客户对触点施加了多大的电流和/或触点上携带了多大的电流。客户可以做以下几件事

1. 在干簧开关的直通线上增加一些串联电阻，以减小最大开关电流。
2. 检查是否有增加杂散电容的电缆或电线。
3. 确保不存在共模电压。
4. 此外，在他的应用中，是否有可能将触点切换为干态（无电压或电流），以获得最长的使用寿命。 这可能是不可能的。
5. 如果客户要切换一些电容，是否可以增加一些串联电感？

射频是以极高频率振荡的电脉冲波。 这种波与我们的 50 或 60 个周期的线电压和电流没有什么不同。 每秒发生 50 或 60 个周期，而不是每秒发生数十亿个周期。 频率为 1 GHz 的频率是每秒振荡 10 亿次。 在数字世界中，电脉冲传递信息。脉冲越短，每秒可传递的信息就越多。 一台工作频率为 2 GHz 的计算机每秒可处理 20 亿个脉冲。 电子电路要处理一个脉冲，必须有能力承载 5 倍于其基数的脉冲。 这意味着承载 2 GHz 脉冲的电路必须有能力承载 5 倍于其基数或 10 GHz 的射频。 这是因为方波是由原始频率的 5 次谐波组成的。

射频干簧继电器专门设计用于承载高达 20 GHz 的高频和亚纳秒脉冲宽度的数字脉冲。 屏蔽至关重要，信号路径的几何形状与屏蔽的关系也至关重要。 频率越高，屏蔽就越重要。

射频继电器通常用于 PCB 功能测试和集成电路测试的测试设备市场，也可用于医疗电子或任何涉及射频或快速数字脉冲的市场。

• 高达 500 MHz – 使用 SIL 6 引脚和 LP 系列
• 高达 1 GHz – MS（微型 SIL），启动线接地
• 高达 17 GHz – 高达 7 GHz 的 CRF 和 SRF

使用 LI 或 BE 干簧继电器封装中的小型镀铜密封开关。

使用 SIL HV 或 LI 继电器封装中的 ORD2210V 开关。

使用带有高压镀铜簧片触点的 HE 和/或 HM 系列，可承受高电流。

根据数字脉冲的速度，使用 CRF 或 SRF 高频干簧继电器系列。

根据尺寸/成本要求，从成本和尺寸角度考虑，依次使用 SIL、MS、CRR 干簧继电器系列。

使用专为高压介质设计的 BT 系列专用继电器，其开关电压低于 1µV。

使用两极特殊 BE 系列干簧继电器。

使用 HE 和 HM 系列干簧继电器。

使用 BT 系列或特殊 BT 低热干簧继电器。

使用 SRF 系列干簧继电器。

使用 CRF 系列干簧继电器。

使用 CRF 系列或 SRF 系列干簧继电器。

使用 6 针 SIL 系列或 MS 系列干簧继电器，启动线接地。

使用 CRF 或 SRF 系列干簧继电器。

如果尺寸不是关键问题，请使用 SIL（六针）系列或 MS 系列（接地启动线圈引线）。

客户经常发现继电器在使用初期就出现故障，这通常是由于共模电压的存在造成的。 共模电压通常是由区域内或特定电路附近的线路电压引起的。 如果线路中存在杂散电容，它就会向线路电压的峰值充电。 如果线路电压为 240 VRMS，这就意味着电位峰值高达 400 伏。即使杂散电容只有 50 皮法拉的数量级，在切换这种电压时也会在触点上造成金属转移。 这最终会导致早期故障。 更好的接地可以消除共模电压。 减少杂散电容会有所帮助。 此外，在触点上增加一些串联电阻也会减少浪涌。 请记住，所有损坏都发生在触点闭合后的最初 50 纳秒内。

干簧继电器可由一个以上的开关构成。我们通常会在给定的继电器中制造最多四个干簧开关。 这可能是最多 4 个单极常开开关、最多 4 个单极常闭开关或最多 4 个单极双极投掷开关。

闭锁继电器是双稳态的。 它可以在线圈不通电的情况下处于闭合状态，也可以在线圈不通电的情况下处于断开状态。 从断开状态变为闭合状态只需要 1.5 毫秒的脉冲；或者 1.磁铁部分偏压干簧开关，以产生闭锁状态。 通常使用两个线圈：一个用于闭合触点，另一个用于打开触点。

B 型干簧继电器的触点是用磁铁偏置闭合的。 因此，在线圈没有通电的情况下，触点保持闭合状态。 当线圈通电时，其磁场与磁铁的磁场相反，从而抵消磁铁的磁场，打开触点。

这通常是在使用 B 型或常闭型干簧继电器时可能出现的情况。 触点是通过磁铁偏置闭合的。因此，在线圈没有通电的情况下，触点保持闭合。 当线圈通电时，其磁场与磁铁的磁场相反，从而抵消磁铁的磁场，打开触点。 如果线圈太强，触点会重新闭合。因此，在 B 型干簧继电器中加入了重合闸电压，通常比额定电压高出 25% 至 50%。 对于安全系数为 50% 的 5 伏继电器，重合闸电压为 7.5 伏。 这样就能向客户保证，在最高 7.5 伏的电压下，触点不会重合。

这种描述适用于无线电发射与射频应用领域。早期无线电设计采用调幅技术——载波振幅随音频信号变化，通过30MHz载波进行传输。PEP（峰值包络功率）正是对此技术原理的高度概括表述。音频信号在此过程中叠加于射频载波，形成了数字调制时代之前的音频调制技术，即我们熟知的AM调幅广播技术。

我们建议检查以下项目：

1. 是否使用金属外壳？ 如果是，是冷轧钢吗？ 是铁磁性材料吗？
2. 是否使用无线轴线圈？ 如果是，是否有足够的空间将内径做得更小一些？
3. 拉入电压的实际范围是多少？
4. 是否有足够的空间将线圈导线的尺寸做大 1/2 英寸？
5. 干簧开关是弯曲成形的吗？如果是焊接在柱子上，则应使用镍铁针焊接干簧开关。
6. 如果所有这些都不合格，除了磁屏蔽罩外，还可以考虑使用内部磁屏蔽。

在携带电流约为 3 安培射频的应用中，最好使用小型镀铜干簧开关。 超过 3 安培时，则应使用大型镀铜干簧开关。 射频将附着在开关的外部 “表皮 “上。

使用 KSK-1A85 干簧开关系列。

使用 ORD228、ORD211 铱或 ORD311。

干簧传感器使用 ORD228（带铱），干簧继电器使用 ORD2210。

小型机电继电器不适合用于低电平电压和电流的开关。 机电继电器需要很高的电压和/或电流来打破任何薄膜积聚。 正是这种薄膜积聚不允许很低的电压和电流通过触点。 干簧开关显然是最好的选择。 使用溅射钌触点或铱触点是这些低电平负载的最佳材料。

电压在 250 伏及以上时，最好使用真空磁簧开关进行切换和分断。 只要电流不太大，使用 ORD2210V 可以有效地完成高达 4000 伏的切换和分断。 超过 4000 伏时，请使用密封式磁簧开关。

玻璃长度小于 20 毫米（0.80 英寸）的微型干簧开关可有效断开高达 250 伏特的电压。 这取决于所使用的拉入 AT (mT)，越高越好。 小于 10 毫米的干簧开关会将这一值缩减到 150 伏特左右。 在断开时尽量减少电流会提高这一值。

无论是传感器还是继电器中使用的干簧开关，都需要切换一些负载。 一般来说，负载有两个方面。

1. 稳态负载
2. 这也称为负载特征。

该特征不仅考虑了稳态负载，还考虑了在前 50 纳秒期间可能存在的任何瞬态电压或电流。 这些瞬态电压或电流可能来自杂散电容、线路中的电感和/或共模电压。 从干簧开关设计者的角度来看，特征就是全部。 在负载开关期间，最重要的时间就是前 50 纳秒。如果客户遇到早期故障问题，首先要解决的就是这个问题。 同样重要且不容忽视的是，当触点断开时，实际断开的电压和电流是多少。 任何健康的电压和/或电流都会迅速损坏触点，导致干簧触点粘连。

有几个关键因素：

1. 我们需要了解所需的负载，在闭合时的前 50 纳秒内，需要切换的电压和电流是多少？
2. 产品寿命期间需要进行多少次操作？
3. 需要多大的空间？
4. 产品如何安装？表面贴装、通孔等。
5. 对于长寿命和低电平，请使用钌或铱溅射/镀层开关。
6. 对于 50 伏至 200 伏的开关应用，请使用 Philips/Coto/Comus 溅射钌开关。
7. 对于 25 毫安至 1 安培的开关电流，KOFU 厚镀铑和我们的 KSK-1A35 都是不错的选择。
8. 对于 200 伏以上至 4000 伏的较高电压和相对较低的电流，可使用 OKI ORD2210V。
9. 对于 1000 伏以上至 10,000 伏的较高电压和较高电流，可使用全密封真空开关。 这只是一个开始。最好的办法是找出客户的确切负载，并用几个或数个干簧开关进行寿命测试，以做出最终决定。