Que Son Los Relé E Interruptores De Lengüeta - Todo Lo Que Necesitas Saber

Los relés e interruptores de láminas se utilizan en muchas áreas donde se necesitan relés más pequeños y de acción más rápida en un circuito electrónico o eléctrico.

Los relés de láminas son pequeños y de acción rápida; requieren un nivel mucho más bajo de potencia para activarlos que otros tipos tradicionales de relés y, como resultado, encuentran muchos usos en diversas formas de circuitos electrónicos.

Además, los relés o interruptores de láminas pueden ser mucho más pequeños que las formas tradicionales de relés, aunque su capacidad actual es menor, pero en muchos casos siguen siendo una propuesta atractiva.

Otra ventaja de los relés de láminas es que pueden ofrecer mayores niveles de fiabilidad que otros relés debido a su sencillez y a sus pocas piezas móviles, pero al ser mecánicos, no siempre son tan fiables como los relés e interruptores de estado totalmente sólido.

El desarrollo del interruptor y del relé de láminas

El concepto de los interruptores de láminas fue propuesto por primera vez en 1922 por un profesor de la Universidad Electrotécnica de Leningrado llamado V. Kovalenkov. Propuso la idea de lo que se llamó un contacto controlado magnéticamente que cambiaba bajo la influencia de un campo magnético.

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Los siguientes desarrollos ocurrieron alrededor de 1936 cuando, en los EE.UU., los Laboratorios Telefónicos Bell lanzaron una investigación sobre interruptores de lengüeta con el fin de utilizarlos en las centrales telefónicas, etc.

En 1938 se utilizó un interruptor experimental para conmutar el conductor central en un cable coaxial y dos años más tarde, en 1940, se disponía de los primeros dispositivos de producción.

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El uso ulterior de estos dispositivos comenzó a manifestarse en el decenio de 1950 cuando los relés de láminas, es decir, los interruptores de láminas con sus bobinas electromagnéticas asociadas, comenzaron a utilizarse para las centrales de funcionamiento automático. Estos relés de láminas proporcionaban niveles de fiabilidad significativamente más altos que sus homólogos de relés electromecánicos, y además eran más rápidos, más pequeños y requerían menos corriente.

En 1963 la compañía de Teléfonos Bell introdujo su primera central basada en relés de lengüeta y en los años siguientes, la adopción de esta tecnología para las centrales telefónicas aumentó.

Con la disponibilidad de los interruptores de lengüeta y los relés de lengüeta, comenzaron a ser utilizados en una variedad de otras aplicaciones. Los interruptores podían utilizarse junto con pequeños imanes para diversas aplicaciones de detección de posiciones, así como para su uso en interruptores matriciales de prueba y medición. Además, los interruptores y relés de láminas se utilizaron en una serie de otras aplicaciones.

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¿Qué es un relé de láminas?

La base de cualquier relé de láminas es el propio interruptor de láminas, que es el elemento central del relé de láminas. Un interruptor de láminas consiste en dos contactos de láminas, típicamente hechos de níquel-hierro y luego chapados con materiales para asegurar la máxima vida útil del dispositivo.

Los contactos del interruptor de láminas se superponen de modo que cuando se cierran hacen contacto entre sí. Normalmente el espacio en el estado abierto está entre 0,05 y 1 mm. Cuanto mayor sea el espaciado, mayor será la resistencia al voltaje.

Los pequeños espacios entre los contactos permiten velocidades de conmutación muy rápidas, a menudo de alrededor de medio milisegundo a unos pocos milisegundos, dependiendo del tamaño real, etc. de los contactos.

A menudo, el níquel-hierro permitido es de alrededor del 52% de níquel. Los materiales de contacto de lengüeta que se utilizan incluyen el rutenio, el rodio y a veces el iridio o, cuando se trata de altos voltajes, puede ser el tungsteno o el molibdeno. A menudo, el rodio suele ser electrodepositado en el elemento del junco, mientras que el rutenio suele ser escupido. También había muy pocos interruptores de lengüeta que utilizaban oro, a menudo para el audio, pero el bajo punto de fusión del oro significaba que solían pegarse y no se ven en estos días.

El conjunto está rodeado por una envoltura de vidrio para dar un sello hermético para evitar la entrada de humedad y otros contaminantes. La mayoría de los relés e interruptores de lengüeta están contenidos en un tubo de vidrio - los tubos individuales están cortados de un tubo mucho más largo. Los tubos individuales para cada interruptor de láminas se funden en cada extremo, para proporcionar un sello hermético.

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Típicamente la envoltura de vidrio se llena con un ambiente para prevenir el desgaste, la oxidación y un mejor apagado de cualquier chispa. Típicamente se usa nitrógeno y este puede tener un rastro de helio. Las lengüetas de alto voltaje pueden usar un vacío.

Como los contactos no se deslizan entre sí, no hay forma de limpieza, y cualquier picadura tiende a acumularse progresivamente. Para reducir esto al máximo, la limpieza del ambiente dentro del vidrio es muy importante. También es necesario mantener el gas inerte dentro de la envoltura. Es importante asegurar que se mantenga el sello alrededor del vidrio, y como resultado las áreas de los contactos de las lengüetas que están en contacto con el vidrio están a veces recubiertas con materiales que proporcionan un mejor sello que la aleación de níquel utilizada para las lengüetas. Otro enfoque es oxidar el material de la lengüeta en su área.

¿Cómo funciona un relé de lengüeta?

El funcionamiento del relé de la caña es bastante sencillo. Funciona colocando un campo magnético cerca de los contactos del interruptor de láminas. Esto hace que cada una de las lengüetas se oriente magnéticamente de tal manera que los dos extremos de la lengüeta se atraen entre sí y se mueven juntos cerrando el contacto.

En condiciones en las que no se aplica ningún campo magnético, los dos contactos no se orientarán magnéticamente y la carga del resorte en los contactos los mantendrá separados.

Como campo magnético, para esta explicación se muestra una barra de imán y aunque no se usa normalmente funcionará bien.

A medida que los imanes se acercan a los contactos reed que están hechos de un material magnético, típicamente níquel hierro, esto comienza a orientar magnéticamente los dos contactos reed. Un polo norte aparecerá en un contacto y un sur en el otro.

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A medida que el campo magnético cercano a los contactos aumenta, también lo hace la fuerza de la magnetización de los contactos. Finalmente se alcanza un punto en el que la atracción magnética comienza a superar el resorte de los contactos. A medida que los contactos se acercan, la fuerza de la atracción aumenta progresivamente, y así finalmente se hace un contacto firme.

Sin embargo, la velocidad con la que los contactos del interruptor de láminas se acercan unos a otros significa que los puntos de contacto chocan con una energía considerable, de modo que rebotan, chocan de nuevo, etc. durante un tiempo, causando un fenómeno llamado rebote de contacto.

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La forma en que los contactos rebotan depende en gran medida del tamaño del interruptor de láminas, el peso de los elementos de contacto, su elasticidad, etc. Obviamente el período de rebote aumenta significativamente el desgaste de los elementos de contacto. El rebote de los contactos puede dar lugar a la formación de arcos si se transporta la corriente, especialmente si hay un elemento capacitivo o inductivo en el circuito que se está conmutando. Incluso cuando se conmutan pequeñas corrientes para elementos como CMOS u otros circuitos, el elemento capacitivo introducido por los condensadores de desacoplamiento en el circuito puede causar corrientes transitorias muy altas que pueden reducir significativamente la vida útil del contacto.

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Cuando se elimina el campo magnético externo, también se elimina la magnetización del hierro níquel. Esto hará que la atracción magnética entre los dos contactos desaparezca, y el resorte de los contactos forzará el contacto a separarse.

En lugar de utilizar una barra magnética como se muestra a efectos de la explicación, normalmente se utiliza una bobina - este conjunto se convierte entonces en todo el relé de láminas, es decir, un relé de láminas es el interruptor de láminas con la bobina de accionamiento. Todo el conjunto es el relé de láminas.

A medida que la corriente pasa a través de la bobina, esto crea un campo magnético y los contactos se magnetizan y se atraen entre sí. A medida que el campo aumenta, se alcanza un punto en el que los contactos se cierran. Al eliminar la corriente se elimina el campo y los contactos se separan.

El uso de una bobina tiene la ventaja de que ésta puede ser impulsada por circuitos electrónicos para permitir que los contactos del relé de láminas sean controlados o cambiados por un estímulo electrónico externo. De esta manera, una pequeña corriente puede controlar una corriente mucho mayor que pasa por los contactos del reed.

El apantallamiento de los relés de láminas

Uno de los problemas que pueden ocurrir con los relés de lengüeta es que hay un acoplamiento magnético de la bobina. Cada conjunto de relé de láminas tendrá un campo magnético asociado que se extiende más allá de los límites mecánicos del propio relé.

Si el campo magnético no está contenido, entonces el campo de un relé o relés adyacentes puede oponerse al campo dentro del relé en cuestión. Las flechas del campo que pasan por el centro de la bobina están en la dirección diferente a las externas. Como el campo interno de la bobina se verá afectado por el campo externo de un relé adyacente, se puede entender que se oponen entre sí.

El efecto de cancelación del campo reduce la sensibilidad, requiriendo un voltaje más alto para asegurar una conmutación fiable. Con los relés cerrados, un aumento del 30 al 40% del voltaje de la bobina no sería una cifra irrazonable, y esto puede exceder los valores nominales del relé y también resultar en una excesiva disipación de calor.

Un apantallamiento deficiente también puede dar lugar a una captación excesiva en otros circuitos y esto puede afectar al rendimiento de la CEM.

Para superar este problema, los relés de láminas normalmente tienen una pantalla de metal ferroso colocada alrededor de ellos. Las propiedades ideales de la pantalla son que tenga una alta permeabilidad y una muy baja remanencia magnética. La pantalla concentra el campo magnético y esto mejora la eficiencia del relé y permite que los dispositivos se apilen estrechamente.

Ventajas y desventajas de los relés de lengüeta

Los relés de lengüeta ofrecen muchas ventajas y pueden utilizarse con buenos resultados en varias situaciones. Al igual que muchas tecnologías, hay que hacer un balance entre las ventajas y las desventajas para determinar la aplicabilidad en una situación determinada.

Ventajas de los relés de láminas

• Algunos son de tamaño pequeño y se encajan en paquetes de SIL, DIL, etc. o incluso más pequeños.
• Velocidades de cambio rápido
• Proporcionar un aislamiento completo entre la corriente de conmutación y el circuito de conmutación

Desventajas de los relevadores de lengüeta

• Generalmente una capacidad de corriente baja, es decir, no apta para corrientes muy altas
• No tan rápido como algunos interruptores de estado sólido, aunque muchos interruptores de estado sólido usan opto-aisladores que son lentos
• Como dispositivos electromecánicos, se desgastan con el uso, especialmente los contactos

Los relés de lengüeta son una forma muy fiable de relé que puede ser utilizado en una variedad de áreas. A menudo se utilizan en matrices de conmutación donde se requiere un aislamiento completo y una baja resistencia de los contactos.

Su comparativamente pequeño tamaño y el hecho de que estos relés a menudo están contenidos dentro de pequeños paquetes, algunos del tamaño de un paquete de IC dual en línea o incluso más pequeños, significa que son fáciles de usar, convenientes y lo suficientemente pequeños para ser utilizados en prácticamente cualquier circuito electrónico.