Sähköreleet voidaan jakaa kahteen luokkaan, nimittäin sähkömekaanisiin releisiin ja puolijohdereleihin.
Sähkömekaaniset releet
Sähkömekaaniset releet ovat laitteita, jotka ovat luonteeltaan sähkömagneettisia ja muuttavat magneettivuon, joka syntyy matalan syöttötehon tasa- tai vaihtovirtasignaalista releiden ympärillä, mekaaniseksi voimaksi, jota käytetään ohjaamaan releiden sähköisiä koskettimia. Yleisimmin käytetyissä sähkömekaanisissa releissä on piiri; kierretty imukykyisen rautaytimen ympärille; joka tunnetaan primääripiirinä.
Rautasydämessä on sekä kiinteä osa, jota kutsutaan ikeeksi, että ankkuri, joka on liikkuva jousikuormitettu osa, joka sulkee liikkuvan ankkurin ja kiinteän sähkökelan välisen ilmaraon ja täydentää siten magneettikentän piirin. Ankkuri sulkee siihen kiinnitetyt koskettimet ja voi liikkua vapaasti syntyneen magneettikentän välillä kääntyvän tai saranoidun asennon ansiosta. Jousi tai jouset on kytketty ankkurin ja ikeen väliin paluuiskun luomiseksi, jotta liitokset palautetaan alkuperäiseen asentoonsa, kun relekäämi on jännitteetön tai pois päältä.
Sähkömekaanisen releen rakentaminen
Yllä oleva kuva esittää yksinkertaisen releen, jossa on kaksi sarjaa sähköä johtavia koskettimia. Releet voivat olla 'normaalisti auki' tai 'normaalisti kiinni'. Kosketinpari luonnehditaan Normaalisti auki tai muodosta koskettimet ja yksi pari Normaalisti suljettu tai katkeaa koskettimet. Normaalisti avoimissa koskettimissa koskettimet ovat auki, kun syöttötehoa ei ole, ne ovat kiinni vain kenttävirran ollessa päällä, kun taas Normaalisti suljetuissa koskettimissa koskettimet ovat kiinni, kun syöttötehoa ei ole, ne ovat auki vain, kun on kenttävirta. Näitä termejä käytetään oletusarvoisesti jännitteettömille piireille, jotka ovat pois päältä.
Releiden koskettimet ovat sähköä johtavia metallikappaleita, jotka kosketuksissa toisiinsa täydentävät piirin ja johtavat virtaa piirin läpi kuten kytkimet. Avoimessa tilassa niillä on erittäin korkea resistanssi megaohmeina ja ne toimivat avoimena piirinä, kun taas suljetussa tilassa ne toimivat suljettuna kytkimenä, ja ihannetapauksessa niiden vastus pitäisi olla nolla, mutta kosketusresistanssia on aina tietty määrä jota kutsutaan 'ON vastustukseksi'.
Uusilla koskettimilla ja releillä on erittäin alhainen ON-vastus, koska niiden kärjet ovat siistejä ja uusia, mutta ajan myötä tämä vastus kasvaa. Koskettimissa havaitaan kaareutuva vaikutus, jota kutsutaan koskettimien kärkien vaurioiksi, jos niitä ei ole kunnolla suojattu suurilta kapasitiivisilta ja induktiivisilta kuormituksilta. Koska virta kulkee koskettimien läpi, kun ne on kytketty, ja kaarevuusvaikutus, jos sitä ei ohjata, kasvaa jatkuvasti tehden resistanssin suureksi, mikä lopulta johtaa repeytyneisiin ja johtamattomiin koskettimiin, vaikka ne ovat suljetussa tilassa.
Johtimien kaareutumisvaikutusten ja korkean 'ON-vastus' vähentämiseksi sekä niiden käyttöiän pidentämiseksi nykyaikaiset johdinkärjet on valmistettu erilaisista hopeaseoksista tai päällystetty niillä. Jotkut niistä sisältävät Ag (hieno hopea), AgCu (hopeakupari), AgCdO (hopeakadmiumoksidi), AgW (hopeavolframi), AgNi (hopeanikkeli), platina-, kulta- ja hopeaseokset sekä AgPd (hopeapalladium).
Relekoskettimien pitkä käyttöikä voidaan saavuttaa käyttämällä suodatustekniikkaa, joka tehdään lisäämällä Resistor Capacitor Network, joka tunnetaan nimellä Snubber Circuit, rinnakkain relekontaktien kärkien kanssa. Tämä RC-piiri oikosulkee korkean jännitteen, mikä lopulta tukahduttaa kaikki kaareutumisvaikutukset.
Sähkömekaanisten releiden luokittelu kosketintyyppien perusteella
Koska NO ja NC kuvaavat kontaktien kytkeytymistä, ne voidaan luokitella myös toimintojensa perusteella. Ne voidaan tehdä yhdistämällä yksi tai useampi kytkinkosketin, jota kutsutaan myös navoiksi ja jotka voidaan edelleen kytkeä aktivoimalla relekäämit, jolloin syntyy neljä erilaista kosketintyyppiä, jotka ovat:
| Tyyppi | Kuvaus | Sovellus |
| Yksinapainen yksiheitto (SPST) | Siinä on yksinapainen ja yksi lähtö. Se joko sulkeutuu tai irrotetaan kokonaan, välissä ei ole. | Ne sopivat täydellisesti päälle ja pois kytkemiseen. |
| Yksinapainen kaksoisheitto (SPDT) | Siinä on yksi tulo ja kaksi erilaista lähtöä. Se voi ohjata kahta erilaista piiriä yhden tulon kautta. | Niitä käytetään ohjauspiireissä ja PLC-järjestelmän lähtökytkimissä. |
| Kaksinapainen yksiheitto (DPST) | Siinä on kaksi tuloa ja kaksi lähtöä. Jokainen sen liitin voi olla joko off-asennossa (avoin) tai on-asennossa (kiinni). | Niitä käytetään termostaatteina sähkölämmityskuormituksen ohjaamiseen. |
| Double Pole Double Throw (DPDT) | Siinä on kaksi tuloa ja neljä lähtöä. Jokainen tulo vastaa kahta lähtöä. Se voi ohjata kahta erilaista piiriä kerrallaan. | Niitä käytetään virtalähteen valinnassa ja valaistuksen ohjauksessa jne. |
Solid State -releet
Solid-state releissä ei ole liikkuvia osia, mutta ne käyttävät puolijohdepuolijohteiden optisia ja sähköisiä ominaisuuksia eristyksen luomiseen ja kytkentätoimintojen suorittamiseen. Koska niissä ei ole liikkuvia osia, toisin kuin sähkömekaanisissa releissä, komponenteissa ei ole kulumista. Ne tarjoavat myös täydellisen eristyksen lähtö- ja tulokoskettimien välillä, ja niillä on erittäin korkea resistanssi avoimessa tilassa ja erittäin pieni johtavassa tilassa. Ne ovat toiminnaltaan samanlaisia kuin sähkömekaaniset releet, koska ne suorittavat myös kytkentätoimintoja. Ne ovat yhteensopivia useimpien IC-logiikkaperheiden kanssa ilman lisävahvistimia, ohjaimia tai puskuripiirejä, koska niillä on alhainen tuloohjausteho. Ne on kuitenkin asennettava sopivasti jäähdytyslevyihin ylikuumenemisen välttämiseksi.
Puolijohderele
AC-siniaaltomuodon nollapisteessä AC-tyyppinen puolijohderele kytkeytyy 'ON'-asentoon ja estää suuria sisääntulevia virtoja. Kun vaihdetaan suuria kapasitiivisia ja induktiivisia kuormia, RC Snubber -piiriä käytetään eliminoimaan kohinan ja jännitteen transienttipiikit. Koska lähtökytkentälaite on puolijohderele, jännitehäviö lähdössä on erittäin suuri, mikä aiheuttaa lämmöntarpeen välttääkseen piirin ylikuumenemisen ja vaurioitumisen.
Tulo-/lähtöliitäntämoduulit
Input/Output-liitäntämoduulit ovat puolijohdereleiden erikoismuotoiluja, jotka yhdistävät mikro-ohjaimet, tietokoneet ja PIC-piirit todellisiin kytkimiin ja kuormiin. I/O-moduuleita on neljä perustyyppiä, CMOS-logiikkatason lähtö tai AC/DC-tulojännite TTL:lle, CMOS-logiikkatulo AC- tai DC-lähtöjännitteelle ja TTL. Nämä moduulit sisältävät kaikki pakolliset piirit eristyksen ja täydellisen rajapinnan tarjoamiseksi yhdessä pienessä laitteessa. Ne ovat käytettävissä erillisinä puolijohdemoduuleina tai ne on integroitu 4-, 8- tai 16-kanavaisiin laitteisiin.
Sähkömekaanisten ja puolijohdereleiden vertailutaulukko
Sähkömekaaniset releet käyttävät mekaanisia koskettimia kytkemiseen ja niissä on liikkuvia osia, kun taas Solid State Semiconductor -releet käyttävät puolijohdelaitteita kytkemiseen, eikä niissä ole liikkuvia osia.
| Sähkömekaaniset releet | Puolijohdereleet |
| Ne käyttävät magneettikenttiä, käämiä, jousia ja mekaanisia koskettimia kytkennän suorittamiseen. | Ne eivät käytä liikkuvia osia, vaan käyttävät solid-state puolijohteiden optisia ja sähköisiä ominaisuuksia. |
| Liikkuvien osien vuoksi ne vaurioituvat komponentteihin. | Niissä ei ole osien kulumista. |
| Niillä on rajoitettu kontaktien elinkaari ja ne vievät suuren huoneen. Lisäksi niillä on hidas kytkentänopeus. | Suuremmalla tilassa ja hitaalla nopeudella ei ole tällaisia rajoituksia. |
| Pienellä tulojännitteellä voidaan ohjata suurta lähtöjännitettä. | Pienellä tulojännitteellä voidaan ohjata suurta lähtöjännitettä. |
| Ne ovat kustannustehokkaita. | Ne ovat kalliita. |
| Ne voivat vaihtaa pieniä jännitekuormia ja korkeataajuisia signaaleja, kuten ääni- ja videosignaaleja. | Ne eivät voi vaihtaa korkeataajuisia ja pienjännitteisiä signaaleja, kuten video- ja äänisignaaleja. |
| Niillä on yleisimmät sovellukset autoissa ja kodin elektronisissa laitteissa jne. | Niillä on yleisimmät sovellukset vaihtovirtakuormien kytkemisessä, kuten valon himmennys, moottorin nopeuden säätö jne. |
Johtopäätös
Sähkörele on kytkin, joka kytkee sähköpiirin päälle ja pois päältä ulkoisen sähköisen signaalin kautta. Ne voivat ohjata suurta sähkövirtaa pienitehoisella signaalilla, joka luokitellaan myös muuntimiksi, koska ne pystyvät muuttamaan fyysisen suuren toiseksi. Sähkömekaaniset releet käyttävät magneettikenttiä, käämiä, jousia ja mekaanisia koskettimia kytkennän suorittamiseen. Liikkuvien osien vuoksi ne vaurioituvat komponentteihin.
Niillä on rajoitettu koskettimen elinkaarta ja ne vievät paljon tilaa, ja niillä on myös hidas kytkentänopeus, kun taas Solid State Semiconductor -releissä ei käytetä liikkuvia osia, vaan ne käyttävät puolijohdepuolijohteiden sähköisiä ja optisia ominaisuuksia. Ne eivät käy läpi komponenttien kulumista, mutta ne ovat kalliita.