A Relè reed funziona utilizzando una bobina elettromagnetica per creare un campo magnetico che unisce due sottili lamelle ferromagnetiche all'interno di un tubo di vetro sigillato, chiudendo un circuito elettrico. Quando la corrente scorre attraverso la bobina, il flusso magnetico magnetizza le estremità sovrapposte delle lamelle con polarità opposta, facendole attrarre e toccare. Quando la corrente della bobina viene rimossa, la tensione naturale della molla delle lamelle separa i contatti, aprendo il circuito. L'intero ciclo avviene tipicamente in meno di 1 millisecondo , motivo per cui i relè reed sono ampiamente utilizzati laddove è richiesta una commutazione rapida e precisa.
A differenza dei relè elettromeccanici tradizionali che si basano su un gruppo di armatura e contatto separato, il relè reed combina l'attuatore magnetico e il contatto di commutazione in un unico componente sigillato. Questa struttura meccanica più semplice è il motivo principale per cui i relè reed garantiscono una maggiore durata, un minore rimbalzo dei contatti e prestazioni più costanti su milioni di cicli di commutazione.
La struttura fisica dietro l'azione di commutazione
Per comprendere appieno il principio di funzionamento, è utile osservare cosa c'è effettivamente all'interno del dispositivo. Un relè reed standard è costituito da tre parti funzionali principali che lavorano insieme.
| Componente | Funzione |
| Busta di vetro | Tubo ermeticamente sigillato riempito con gas inerte (o vuoto) per proteggere i contatti da ossidazione, polvere e umidità |
| Lame per ance | Due strisce ferromagnetiche sovrapposte, placcate oro o rodio nel punto di contatto, che fungono sia da molla che da contatto di commutazione |
| Avvolgimento della bobina | Filo di rame avvolto attorno alla capsula di vetro; genera il campo magnetico che aziona le ance |
| Bobina e alloggiamento | Mantiene la bobina e la capsula di vetro in una posizione fissa, fornisce isolamento e collegamenti terminali |
Poiché i contatti sono permanentemente sigillati all'interno di gas inerte, a Relè reed è in gran parte immune ai problemi di corrosione e contaminazione dei contatti che riducono la durata dei relè elettromeccanici a telaio aperto.
Processo di commutazione passo dopo passo
La sequenza di commutazione effettiva può essere suddivisa in quattro fasi, dall'eccitazione della bobina al rilascio del contatto.
- Bobina energizzata: la tensione viene applicata ai terminali della bobina, la corrente inizia a fluire attraverso l'avvolgimento in rame
- Campo magnetico generato: la corrente produce un flusso magnetico che passa attraverso il tubo di vetro e magnetizza le punte delle ance sovrapposte
- Chiusura del contatto: le punte delle reed magnetizzate si attraggono, piegandosi l'una verso l'altra fino a toccarsi fisicamente, completando il circuito
- Rilascio del contatto: quando la corrente della bobina viene rimossa, la forza magnetica scompare e la tensione della molla incorporata nel materiale della lamella allontana i contatti
Poiché le lamelle stesse forniscono sia la forza di ritorno della molla che il contatto elettrico, non esiste un collegamento meccanico separato soggetto a usura, il che spiega la semplicità meccanica e la durata di questo design.
Configurazioni di contatti comuni
I relè Reed sono prodotti con alcune disposizioni di contatti standard, ciascuna adatta a diversi requisiti di circuito.
| Configurazione | Conosciuto anche come | Comportamento |
| Modulo A | Normalmente aperto (NO) | I contatti rimangono aperti finché la bobina non viene eccitata, quindi si chiudono |
| Modulo B | Normalmente chiuso (NC) | I contatti rimangono chiusi finché la bobina non viene eccitata, quindi si aprono |
| Modulo C | Commutazione (SPDT) | Utilizza tre lame a lamella in modo che il circuito passi tra due percorsi |
Le versioni multicontatto che combinano diversi interruttori Forma A, Forma B o Forma C in un unico pacchetto sono comuni anche nelle apparecchiature di test e misurazione in cui è necessario controllare molti percorsi di segnale indipendenti da un'unica scheda di controllo.
Principali caratteristiche elettriche e meccaniche
Secondo le tipiche schede tecniche dei relè reed e gli standard di test dei relè IEC 61810, i dati sulle prestazioni rientrano in intervalli abbastanza coerenti in tutto il settore, il che è utile per gli ingegneri che confrontano i componenti.
| Parametro | Valore tipico |
| Tempo di funzionamento | Da 0,3 ms a 1 ms |
| Tempo di rilascio | Da 0,1 ms a 0,5 ms |
| Resistenza di contatto | Sotto 150 milliohm (mΩ), iniziale |
| Vita meccanica | Fino a 1 miliardo di operazioni in condizioni di circuito secco e basso carico |
| Tensione di commutazione | Fino a 1000 V per le varianti ad alta tensione |
| Resistenza di isolamento | Maggiore di 10^9 ohm tra contatti aperti |
Queste cifre provengono dalla metodologia di test dei relè elettromeccanici standard IEC 61810-1 combinata con le comuni pratiche di reporting delle schede tecniche del settore e le prestazioni effettive variano in base alla tensione della bobina, al tipo di carico e alla frequenza di commutazione, pertanto è necessario controllare le specifiche Relè reed si consiglia sempre la scheda tecnica di un'applicazione.
Perché i relè Reed commutano più velocemente dei relè standard
Il vantaggio in termini di velocità deriva direttamente dal principio di funzionamento sopra descritto. Poiché le lamelle sono leggere, hanno una distanza di spostamento molto breve all'interno del tubo di vetro e agiscono come una molla propria, c'è molta meno massa da spostare rispetto al gruppo armatura e contatto utilizzato in un relè elettromeccanico convenzionale. Meno massa combinata con una distanza di viaggio più breve significa una risposta più rapida.
Anche il rimbalzo dei contatti è ridotto perché l'ambiente sigillato di gas inerte impedisce ai sottoprodotti dell'arco di interferire con le superfici di contatto e la tenuta liscia vetro-metallo mantiene le ance in movimento lungo un percorso prevedibile ad ogni ciclo. Questa prevedibilità è uno dei motivi per cui i relè reed sono il componente di commutazione preferito nelle apparecchiature di test automatizzate (ATE), dove migliaia di percorsi di segnale devono essere commutati con una precisione temporale a livello di microsecondi.
Applicazioni tipiche
La combinazione di velocità, contatti sigillati e dimensioni ridotte rende i relè reed adatti a diversi settori.
- Apparecchiature e strumenti di test automatizzati, per l'instradamento di segnali di basso livello tra i canali di misurazione
- Apparecchiature per telecomunicazioni, per la commutazione di linee voce e dati
- Dispositivi medici, in cui i contatti sigillati prevengono la contaminazione e supportano lunghi intervalli di manutenzione
- Sistemi di sicurezza e controllo degli accessi, che utilizzano interruttori Reed ad azionamento magnetico come sensori
- Pannelli di controllo industriali, per isolare i segnali di controllo a bassa corrente da circuiti di potenza superiore
In ciascuno di questi casi, la struttura di contatto sigillata ed ermetica del Relè reed riduce i requisiti di manutenzione rispetto ai tipi di relè a contatto aperto che funzionano in ambienti polverosi o umidi.
Relè Reed rispetto ad altri tipi di relè
La scelta del tipo di relè corretto dipende dalla velocità di commutazione, dalla corrente di carico e dalle condizioni ambientali dell'applicazione.
| Caratteristica | Relè a lamella | Relè elettromeccanico | Relè a stato solido |
| Velocità di commutazione | Molto veloce (meno di un millisecondo) | Più lento (diversi millisecondi) | Veloce, nessun ritardo meccanico |
| Contatta la vita | Elevato, fino a miliardi di cicli | Moderato, limitato dall'usura meccanica | Nessuna usura meccanica, ma limitata dallo stress termico |
| Resistenza di contatto | Molto basso | Basso | Più alto, a causa della giunzione del semiconduttore |
| Caricare la capacità di corrente | Basso to moderate | Da moderato ad alto | Da moderato ad alto |
| Costo | Moderato | Basso | Più in alto |
Per le applicazioni che comportano commutazioni frequenti di segnali a bassa corrente in cui la velocità e l'affidabilità dei contatti contano di più, il relè reed offre generalmente il miglior equilibrio tra prestazioni e costi.
Selezione del relè Reed giusto per un'applicazione
Quando si specifica un relè reed, alcuni parametri meritano particolare attenzione oltre al principio di funzionamento di base.
- Tensione e corrente della bobina, per adattarsi al circuito di pilotaggio senza superare i limiti di dissipazione di potenza
- Portata dei contatti, che garantisce che la tensione e la corrente di commutazione massime rimangano entro i limiti della scheda tecnica per evitare la saldatura dei contatti
- Tempo di funzionamento e rilascio, particolarmente importante per le applicazioni di commutazione di prova ad alta velocità
- Per il layout PCB sono necessarie le dimensioni del contenitore e lo stile di montaggio, a foro passante, a montaggio superficiale o in formato DIP
- Durata di commutazione prevista, poiché l'uso a bassa corrente del circuito a secco estende la durata ben oltre la commutazione del carico resistivo nominale
Revisione della scheda tecnica completa per uno specifico Relè reed modello rispetto a questi cinque parametri è il modo più affidabile per confermare che funzionerà correttamente per tutta la vita operativa prevista del prodotto finale.
