Relais, transistor ou triac ? Comprendre les types de sortie d’un automate (PLC) avec des schémas de circuit interactifs

Au moment de choisir une unité de sortie pour un automate (PLC), le catalogue présente toujours les trois mêmes mots : sortie relais, sortie transistor et sortie triac. Toutes trois font le même travail ── transformer le ON/OFF du programme en signal pour les équipements externes ── et pourtant, un mauvais choix produit des comportements étranges sur le terrain. Une lampe continue de luire faiblement après la mise à l’arrêt. Une sortie cesse de fonctionner au bout de quelques années alors que ses voisines vont bien. Une sortie transistor meurt à l’instant où l’on coupe une électrovanne. Rien de tout cela n’est un défaut ni de la malchance : tout découle directement de la nature de l’interrupteur que chaque type de sortie renferme.

Cet article met de l’ordre dans les trois types de sortie à partir de ce seul point de vue : qu’est-ce que l’interrupteur interne, réellement ? La réponse en une ligne, d’entrée de jeu : la sortie relais est un contact mécanique, la sortie transistor est un semi-conducteur réservé au CC avec un sens fixe, et la sortie triac est un semi-conducteur bidirectionnel réservé au CA. Une fois cette phrase assimilée, les différences du catalogue ── temps de réponse, durée de vie, alimentation prise en charge ── et tous les ennuis ci-dessus se comprennent depuis la même racine. Et, tradition de ce site oblige, tous les schémas de l’article sont interactifs : appuyez sur les boutons et le courant du circuit démarre et s’arrête réellement, de sorte que vous pouvez vérifier chaque affirmation de vos propres yeux au fil de la lecture.

Ce que couvre cet article

Voici comment les questions courantes correspondent aux sections qui y répondent.

Question	Section
Qu’est-ce qui différencie vraiment les trois types de sortie ?	§1
Comment fonctionne une sortie relais, et où excelle-t-elle (ou pas) ?	§2 (figure interactive)
Pourquoi la sortie transistor est-elle réservée au CC ?	§3 (figure interactive)
À quoi sert la sortie triac ?	§4 (figure interactive)
Comment choisir en pratique ?	§5 (tableau comparatif)
Que se passe-t-il quand on coupe une électrovanne ou une bobine de relais ?	§6 (figure interactive)
Qu’est-ce qu’un relais d’interposition, et pourquoi est-il si utilisé ?	§7 (figure interactive)
Pourquoi la lampe ne s’éteint-elle pas alors que la sortie est à OFF ?	§8 (figure interactive)
Comment vérifier et isoler les problèmes sur le terrain ?	§9 / FAQ

1. Les trois types de sortie diffèrent par « la nature réelle de l’interrupteur interne » ── la vue d’ensemble d’abord

Réduit à son essence, un circuit de sortie d’automate est « un interrupteur manœuvré par le programme ». Quand un bit de sortie (Y0, etc.) passe à ON, un interrupteur situé dans l’unité de sortie se ferme, et le courant traverse la charge externe : une lampe, un relais, une électrovanne. Jusque-là, tout est commun aux trois types. La seule chose qui change, c’est ce qui sert d’interrupteur.

Type	L’interrupteur interne	En une phrase
Sortie relais	Contact mécanique mû par un électroaimant	Des contacts métalliques se touchent et se séparent physiquement
Sortie transistor	Semi-conducteur (transistor)	Interrupteur électronique réservé au CC, à sens fixe
Sortie triac	Semi-conducteur (triac ── un thyristor bidirectionnel)	Interrupteur électronique qui laisse passer le va-et-vient du CA

L’interrupteur une fois fixé, les propriétés en découlent presque automatiquement. Un contact mécanique se moque du sens du courant, mais c’est une pièce mobile : lente, et qui s’use. Un transistor est rapide et ne s’use pas, mais son sens de courant est fixe, donc réservé au CC. Un triac laisse passer le CA dans les deux sens mais, comme nous le verrons plus loin, il a une particularité : il ne se coupe jamais complètement. Les trois sections suivantes examinent chaque type avec une figure interactive.

Une règle de lecture commune à toutes les figures : tout ce qui est à gauche de la ligne verticale est externe (alimentation et charge) ; tout ce qui est à droite est le côté automate. Les repères de bornes 24V / AC / Y00 / COM / 0V marquent les positions correspondant à un bornier réel. Les fils verdâtres portent une tension positive, les fils gris sont proches de 0 V, et les points en mouvement montrent le sens et la vitesse du courant.

2. Sortie relais ── un contact mécanique commute CA et CC indifféremment (figure 1)

Une sortie relais alimente un petit électroaimant (bobine) à l’intérieur de l’automate, qui ferme physiquement un contact mécanique. Le programme met Y0 à ON → le courant traverse la bobine interne → le contact claque en position fermée → le circuit externe est complété. Dans la figure ci-dessous, le bouton « Logique Y0 » joue le rôle de l’ordre de sortie du programme. Passez-le à ON : le contact se ferme, le courant circule par +24V → charge externe → borne Y00 → contact → COM (0V), et la lampe de charge s’allume.

Un contact n’est rien d’autre que deux pièces de métal qui se touchent : le sens et la nature du courant lui sont indifférents. La figure commute du 24 V CC à titre d’exemple représentatif, mais le même contact peut commuter une lampe CA de 100–240 V (sur du matériel réel, dans les limites de tension et de courant du contact). Cette souplesse ── « CA ou CC, et des classes de tension différentes en prime » ── explique pourquoi la sortie relais reste le choix par défaut des unités polyvalentes. Le côté bobine (intérieur de l’automate) et le côté contact (circuit externe) sont en outre isolés électriquement l’un de l’autre, ce qui contribue à protéger l’équipement.

Les faiblesses viennent précisément du fait qu’une pièce mécanique bouge. Le contact parcourant physiquement une distance, la réponse prend environ 5–15 ms ── rien de comparable à un semi-conducteur. Et chaque manœuvre use ou dégrade les surfaces de contact : la durée de vie est finie. En ordre de grandeur, quelques centaines de milliers à quelques millions de manœuvres sur charge résistive, et plusieurs ordres de grandeur de moins si l’on commute des charges inductives sans protection (voir §6). À 100 manœuvres par jour, cela dure de longues années ; à plusieurs manœuvres par seconde, cela peut être épuisé en quelques mois.

3. Sortie transistor ── un interrupteur réservé au CC, à sens fixe (figure 2)

La sortie transistor remplace le contact mécanique par un interrupteur à semi-conducteur. La figure ci-dessous montre le type NPN (sink). Passez Logique Y0 à ON : le transistor à l’intérieur de l’automate conduit et tire la borne de sortie Y00 vers 0 V. Le courant entre par +24V → charge externe → borne Y00 → intérieur de l’automate → 0V, et la lampe témoin s’allume. Observez aussi ce qui se passe à OFF : la tension de borne remonte près de la tension d’alimentation (C1 ≈ 24 V sur la figure).

Un transistor ne conduit que dans un sens : ce type est donc strictement CC. Il ne peut pas gérer le CA, dont le courant s’inverse en permanence. En contrepartie, sans pièce mobile, la réponse tourne autour de 0,1 ms ── plusieurs ordres de grandeur plus rapide ── et sans contact à user, la durée de vie est en pratique illimitée en nombre de manœuvres, tant que les contraintes électriques (surintensité, surtension, chaleur) restent maîtrisées. Les trains d’impulsions pour moteurs pas à pas et servomoteurs, et tout ce qui commute des dizaines de fois par seconde, sont un territoire où la sortie transistor n’a pas de rival.

Les sorties transistor existent en deux variantes, NPN (sink) et PNP (source), aux sens de courant opposés. Toutes les figures de cet article utilisent le NPN. La distinction sink/source et l’accord des polarités avec l’équipement récepteur sont traités, avec le même style de figures interactives, dans l’article compagnon « Comprendre PNP et NPN en conception électrique avec des schémas de circuit interactifs ». Si votre question porte sur l’accord des polarités, commencez par là.

4. Sortie triac ── un interrupteur à semi-conducteur qui gère le CA en silence (figure 3)

« Je dois commuter du CA ── et souvent. » Face à cette exigence, le relais épuise sa durée de vie et le transistor pointe dans le mauvais sens. C’est ici qu’intervient la sortie triac. Un triac est un interrupteur à semi-conducteur qui conduit dans les deux sens : il gère donc tel quel le courant alternatif du CA. Dans la figure ci-dessous, la source CA est en haut à gauche et le retour (COM) en bas à gauche. Passez Logique Y0 à ON : le chemin conduit ── regardez le courant faire l’aller-retour à travers la charge.

La figure simplifie l’intérieur du triac ── amorçage de gâchette, courant de maintien ── et le présente comme « un interrupteur qui ouvre et ferme le CA sur ordre de la logique ». La lampe témoin est modélisée par une résistance plutôt que par une LED : une LED ne laisse passer le courant que dans un sens et masquerait l’aller-retour du CA. La mention « aller-retour » de la ligne d’état lit l’amplitude de ce courant alternatif.

Une manière utile de situer la sortie triac : « le pendant CA de la sortie transistor ». Pas de contact mécanique, donc pas de durée de vie en manœuvres, et une réponse plus rapide qu’un relais. En contrepartie, elle est réservée au CA ── impossible de commuter du CC ── et elle traîne une particularité propre aux semi-conducteurs : un petit courant continue de circuler même à OFF : le courant de fuite. Cette particularité est un grand classique des pannes de terrain ; elle a droit à sa propre section, avec figure interactive, en §8.

5. Comment choisir ── l’alimentation de la charge et la fréquence de commutation décident presque tout

Les trois personnages présentés, voici le tableau comparatif.

	Sortie relais	Sortie transistor	Sortie triac
L’interrupteur interne	Contact mécanique	Semi-conducteur (pour CC)	Semi-conducteur (pour CA)
Alimentation prise en charge	CA et CC	CC uniquement	CA uniquement
Vitesse de réponse	Lente (environ 5–15 ms)	Rapide (environ 0,1 ms)	Intermédiaire (liée à la demi-période du CA)
Durée de vie en commutation	Finie (centaines de milliers à millions de manœuvres)	Pratiquement illimitée	Pratiquement illimitée
Courant par point	Plus élevé (environ 2 A)	Plus faible (environ 0,1–0,5 A)	Intermédiaire (environ 0,6 A)
Sortie d’impulsions rapides	✗	✓	✗
Courant de fuite à OFF	Aucun (circuit réellement ouvert)	Quasi nul	Présent (quelques mA ── attention)
Précaution principale	Usure des contacts sur charges inductives (§6)	Destruction par surtension (§6), polarité (§3)	Courant de fuite (§8), échauffement

La sélection se résume à deux questions : « La charge est-elle en CA ou en CC ? » et « À quelle fréquence commute-t-elle ? »

1. Charge en CC avec impulsions rapides ou commutation fréquente → sortie transistor
2. Charge en CA avec commutation fréquente → sortie triac (pour les petites charges, voyez les parades anti-fuite de la §8)
3. Commutation peu fréquente, mélange de CA et de CC, ou charges futures indécises → sortie relais
4. Charges à fort courant, ou sous une autre tension → intercalez un relais d’interposition (§7), quel que soit le type de sortie

Une politique que vous rencontrerez souvent en pratique : standardiser sur les sorties transistor, et recevoir les charges CA ou à fort courant via des relais d’interposition. L’unité de sortie reste rapide et endurante, tandis que les relais d’interposition absorbent la diversité côté charge. Quelle que soit la politique adoptée, la justification revient toujours aux deux mêmes questions.

6. Que se passe-t-il à l’instant où l’on coupe une charge inductive ? ── la surtension et la diode de roue libre (figure 4)

Les charges qui contiennent une bobine ── bobines de relais, électrovannes, solénoïdes ── partagent une propriété : leur courant refuse de s’arrêter instantanément. À l’instant où la sortie passe à OFF, le courant privé de chemin réapparaît sous forme de pic de haute tension à la borne de sortie : la surtension (force contre-électromotrice). Les transistors sont fragiles face à cette surtension. Raccordez une charge inductive sans protection et, un jour, ce point de sortie meurt sans prévenir ── la panne d’école.

La parade standard est une diode de roue libre en parallèle de la charge. À l’instant du OFF, le courant restant de la bobine circule dans la diode et se dissipe en chaleur, supprimant la surtension à la source. Dans la figure, Logique Y0 commute la sortie et le second bouton insère ou retire la diode de roue libre. Essayez cette séquence :

1. Laissez la diode sur « non », passez Logique Y0 ON → OFF, et observez le pic de tension de C1 à l’instant du OFF (un avertissement de surtension s’affiche)
2. Mettez la diode sur « oui » et recommencez ── le pic à l’instant du OFF est maintenant supprimé

Cette surtension n’épargne pas non plus les sorties relais. Coupez une charge inductive avec un contact : la surtension devient une étincelle (arc) à travers l’entrefer, accélérant l’usure du contact de plusieurs ordres de grandeur ── c’est pourquoi la §2 disait que les charges inductives sans protection raccourcissent la vie du relais « de plusieurs ordres de grandeur ». La règle de base : diode de roue libre pour les charges inductives CC, circuit RC (snubber) ou varistance pour les charges inductives CA, montés au plus près de la charge.

7. Le relais d’interposition ── un transistor pilote la bobine, le contact commute le CA (figure 5)

Combinez tout ce qui précède et un motif classique du terrain tombe de lui-même. « La sortie transistor est rapide et endurante, mais réservée au CC et à faible courant. » « Le contact de relais commute le CA et des courants plus élevés. » Donc : laissez la sortie transistor de l’automate piloter la petite bobine CC d’un relais, et laissez le contact de ce relais commuter la charge CA. Le relais qui joue ce rôle de pont s’appelle relais d’interposition.

Dans la figure ci-dessous, la rangée du haut est en CC (côté bobine) et celle du bas en CA (côté contact). Passez Logique Y0 à ON : le transistor alimente la bobine, le contact du bas se ferme dans la foulée, et le courant traverse la lampe témoin CA. Observez comment un seul ordre fait bouger ensemble le petit circuit CC et le circuit de charge CA. Fidèle à la leçon de la §6, la bobine est équipée de sa diode de roue libre.

Le relais d’interposition apporte plus que « maintenant, le CA passe ». Les contacts sont des consommables qui finissent par s’user ── mais avec un relais d’interposition, la maintenance consiste à extraire de son socle un relais à quelques euros et à en enficher un neuf, ce qui épargne l’unité de sortie de l’automate elle-même. Il sert aussi d’assurance : en cas de court-circuit côté charge, les dégâts s’arrêtent le plus souvent au relais d’interposition. Le prix à payer : le temps de réponse ── un étage de relais ajoute environ 10 ms ── plus des composants et du câblage supplémentaires dans l’armoire. Pour les charges CA ou à fort courant qui n’exigent pas de vitesse, les avantages l’emportent presque à chaque fois.

8. La lampe luit faiblement même à OFF ── le courant de fuite du triac (figure 6)

La sortie triac se distingue du contact mécanique sur un point décisif. Le OFF d’un contact est une rupture physique : le courant devient exactement nul. Le OFF d’un semi-conducteur n’est que « conduire très peu » : un petit courant de fuite continue de circuler. Cela représente quelques milliampères. Une erreur d’arrondi pour une grosse charge ── mais pas pour une petite.

La figure le reproduit avec deux chemins : le chemin de conduction principal commuté par Logique Y0, et à côté un chemin de fuite fin, raccordé en permanence. Laissez Logique Y0 à OFF et observez le courant de charge : il refuse de descendre sous environ 1 mA, et l’état affiche « fuite (persiste à OFF) ». Passez à ON : le chemin principal prend le relais, avec un courant plus grand de plusieurs ordres de grandeur.

Sur les équipements réels, ces quelques milliampères sont connus pour deux symptômes. D’abord, les voyants qui luisent comme des fantômes : les indicateurs à LED commencent à luire entre quelques mA et 20 mA, de sorte que la fuite seule peut maintenir une lampe faiblement allumée « à OFF ». Ensuite, les petits relais et électrovannes qui ne retombent pas : si la fuite dépasse le courant de retombée de la charge, celle-ci ne peut jamais revenir complètement à OFF après la disparition de l’ordre.

La parade standard est une résistance de décharge (résistance bleeder) en parallèle de la charge, qui offre à la fuite un chemin inoffensif. Les valeurs typiques vont de quelques kΩ à quelques dizaines de kΩ, avec des puissances de 1/2 W à quelques watts sur les circuits 100–120 V CA, choisies pour que l’essentiel de la fuite passe par la résistance. Pour les petites charges qui posent encore problème ── ou les circuits qui exigent vraiment un circuit ouvert à OFF ── rebasculez cette charge sur une sortie relais (ou un relais d’interposition). Affaire réglée.

9. Vérifier sur le terrain ── traduire les figures en gestes de multimètre

Pour finir, tout ce qui précède traduit en procédure d’isolation pour « la sortie ne fonctionne pas / ne se coupe pas ». Travailler du haut vers le bas est le plus rapide.

1. Vérifiez le témoin de sortie du programme ── le bit de sortie passe-t-il vraiment à ON/OFF ? Sinon, le problème est dans le programme et les verrouillages, pas dans le câblage
2. Vérifiez la LED d’état de l’unité de sortie ── suit-elle l’ordre ? Si la LED répond mais pas la charge, le problème est en aval : câblage, charge, ou type inadapté
3. Confrontez le type de sortie à l’alimentation de la charge ── du CA sur une sortie transistor, ou du CC sur une sortie triac ? Vérifiez avec la référence physique de l’unité, pas avec le plan
4. Mesurez la tension de borne ── bouge-t-elle avec l’ordre ? Une sortie transistor NPN descend près de 0 V à ON (guide de lecture sink/source dans l’article compagnon)
5. Si le symptôme est « ne se coupe pas », soupçonnez la fuite ── un triac/SSR avec une petite charge pointe vers la §8 : ajoutez une résistance de décharge, ou passez la charge sur une sortie relais
6. Si le symptôme est « ce point meurt encore et encore », soupçonnez la surtension ── cette charge est-elle inductive ? Vérifiez les composants de protection de la §6, et leur polarité
7. Sur les sorties relais, comptez les manœuvres ── une vieille armoire avec une sortie capricieuse évoque l’usure des contacts : remplacez l’unité, ou convertissez le point en relais d’interposition

Résumé ── connaître l’interrupteur interne rend lisibles la sélection comme les pannes

• Les trois types diffèrent par la nature réelle de l’interrupteur interne : relais = contact mécanique, transistor = semi-conducteur CC, triac = semi-conducteur CA.
• La sortie relais accepte CA et CC indifféremment avec des courants généreux, mais elle est lente et sa vie s’épuise en manœuvres.
• La sortie transistor est rapide et endurante mais réservée au CC et à faible courant ── sans oublier la polarité sink/source.
• La sortie triac excelle dans la commutation fréquente du CA ── mais le courant de fuite subsiste à OFF.
• La sélection se réduit à deux questions : la charge est-elle en CA ou en CC, et à quelle fréquence commute-t-elle ?
• Les charges inductives reçoivent leurs composants de protection : diode de roue libre pour le CC, snubber pour le CA. Cela sauve les transistors de la destruction comme les contacts de relais de l’érosion.
• Pour le fort courant, le CA ou le remplacement facile, recevez la charge via un relais d’interposition ── le standard du terrain.
• Les symptômes remontent aux particularités : « ne se coupe pas » → fuite, « ce point meurt encore et encore » → surtension, « capricieux après des années de service » → usure des contacts.

Si les mots du catalogue « relais / transistor / triac » se lisent désormais comme trois sortes d’interrupteurs ── contact mécanique / semi-conducteur CC / semi-conducteur CA ──, cet article a rempli son office. À chaque décision de sélection ou symptôme étrange sur le terrain, les figures interactives d’ici vous attendront.

FAQ

Q1. La différence entre sorties relais, transistor et triac en une phrase ?

R. L’interrupteur interne est un contact mécanique (relais), un semi-conducteur réservé au CC (transistor) ou un semi-conducteur réservé au CA (triac). Toutes les différences de vitesse, de durée de vie et d’alimentation prise en charge en découlent.

Q2. Lequel choisir en cas de doute ?

R. Réduisez le choix par l’alimentation de la charge (CA ou CC) et la fréquence de commutation. CC avec commutation rapide ou fréquente → transistor ; CA avec commutation fréquente → triac ; commutation rare avec charges mélangées ou indécises → relais. Lors de l’extension d’une armoire existante, s’aligner sur le type et le câblage de commun existants est prioritaire.

Q3. Combien de temps dure réellement une sortie relais ?

R. En ordre de grandeur, de quelques centaines de milliers à quelques millions de manœuvres sur charges résistives ── et plusieurs ordres de grandeur de moins sur charges inductives sans protection. La vie se compte en manœuvres, pas en temps : estimez-la en manœuvres par jour × jours travaillés.

Q4. Une sortie transistor peut-elle commuter une charge CA ?

R. Non. Un transistor est un interrupteur réservé au CC, à sens de courant fixe. Pour les charges CA, utilisez une sortie triac ou relais, ou le montage transistor + relais d’interposition de la §7.

Q5. Une sortie triac peut-elle commuter une charge CC ?

R. Non. Le triac se bloque en exploitant l’instant où le courant passe par zéro (le zéro du CA). En CC, le courant n’atteint jamais zéro : une fois amorcé à ON, il ne peut plus se couper. Traitez le CC avec une sortie transistor ou relais.

Q6. Faut-il aussi une diode de roue libre avec une sortie relais ?

R. Pas strictement pour protéger le composant de sortie, mais elle prolonge fortement la vie du contact. Règle de base : diode de roue libre pour les charges inductives CC, snubber RC ou varistance pour les charges inductives CA, montés près de la charge. L’érosion des contacts par l’arc chute de plusieurs ordres de grandeur.

Q7. La lampe reste faiblement allumée après le passage à OFF. L’unité est-elle en panne ?

R. Si une petite lampe est raccordée à une sortie triac ou à un relais statique CA, c’est presque à coup sûr du courant de fuite (§8) ── une spécification, pas une panne. Ajoutez une résistance de décharge de quelques kΩ à quelques dizaines de kΩ en parallèle de la charge, ou passez cette charge sur une sortie relais.

Q8. Le relais d’interposition a-t-il des inconvénients ?

R. La réponse ralentit d’un étage de relais (environ 10 ms), et l’armoire gagne en composants, câblage et encombrement. En échange, pour les charges CA ou à fort courant qui n’exigent pas de vitesse, le remplacement facile du contact et la protection de l’automate lui-même l’emportent sur les coûts dans la plupart des cas.

Q9. Quel rapport entre NPN/PNP et les sorties transistor ?

R. NPN (sink) et PNP (source) sont les deux sens de courant disponibles au sein du type sortie transistor. Si la polarité ne s’accorde pas avec le commun de l’équipement récepteur, deux appareils parfaitement sains refuseront de fonctionner ensemble. L’article compagnon « Comprendre PNP et NPN en conception électrique avec des schémas de circuit interactifs » traite le sujet avec le même style de figures interactives.

Q10. En quoi ces figures interactives diffèrent-elles du matériel réel ?

R. Le matériel réel ajoute la résistance du câblage, les rebonds de contact, l’amorçage de gâchette et le courant de maintien du triac, les circuits de protection et les effets de température ; les figures les suppriment pour montrer le squelette du principe. Utilisez les figures pour comprendre le principe ── et les fiches techniques des fabricants et les normes pour les chiffres du vrai projet.