把一個(gè)功能完全的PCB比作是一個(gè)完整的世界，那么在PCB上的各種元器件就像是在這個(gè)世界上的城市，而連接他們的是一條條由金屬材料堆砌的馬路，繼電器就好比是這條馬路上的的交通警察或者說是信號控制系統(tǒng)。繼電器的功能在于控制電路中的電流通斷，就像交通警察指揮交通，確保車輛（電流）有序地通過。當(dāng)電路需要改變流向或者進(jìn)行某些特定的操作時(shí)，繼電器就會(huì)像交通警察一樣，根據(jù)指令進(jìn)行切換，確保電流能夠準(zhǔn)確地流向需要的元器件。同時(shí)，繼電器也能夠保護(hù)電路，防止電流過大或者電路短路，就像是交通警察在緊急情況下指揮交通，避免事故的發(fā)生。

本章將以歐姆龍G6S-2繼電器為例講解繼電器原理，組成以及在具體電路中的作用。

3.1 繼電器的組成

繼電器（Relay），也稱電驛，是一種電力電子控制器件。它實(shí)際上是一種用小電流去控制大電流的“自動(dòng)開關(guān)”，具有輸入回路和輸出回路。它應(yīng)常用于功率器件通斷的場合，在應(yīng)用中起自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)和電路轉(zhuǎn)換等作用。

繼電器按不同的標(biāo)準(zhǔn)具有不同的分類。若按輸入信號的性質(zhì)分為：電壓繼電器、電流繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器、速度繼電器和壓力繼電器等；若按工作原理分為：電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動(dòng)式繼電器、電子式繼電器、熱繼電器和光繼電器等。

繼電器X的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，該圖顯示了組成繼電器的所有零部件。其中外殼（Case）包裹繼電器內(nèi)的所有工作零部件，對整個(gè)繼電器的結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。基座（Base）對繼電器內(nèi)的所有工作零部件起到支撐作用。掛鉤（Hinge）的作用是將銜鐵固定在基座上。

表2-1是繼電器所有零部件的中文名稱與英文名稱對照表，表中的零部件序號與圖3-1中的零部件編號一一對應(yīng)。

圖3-1 繼電器結(jié)構(gòu)示意圖（爆炸圖）

圖3-2 繼電器結(jié)構(gòu)示意圖（裝配圖）

表3-1 繼電器所有零部件的中文名稱與英文名稱對照表

3.2 繼電器工作原理

我們在測試中使用的一般是DC-5V電磁式繼電器，其工作原理如下：只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)(常開觸點(diǎn))吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)(常閉觸點(diǎn))釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。

用簡單的話來說，就是電磁鐵通電時(shí)，把銜鐵吸下來使兩個(gè)觸點(diǎn)，工作電路閉合。電磁鐵斷電時(shí)失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。舉例說明：圖3-3中的工作電路是由小燈泡L、電源E2和相當(dāng)于開關(guān)的靜觸點(diǎn)、動(dòng)觸點(diǎn)組成。連接好工作電路，在常態(tài)時(shí)，D、E間未連通，工作電路斷開。用手指將動(dòng)觸點(diǎn)壓下，則D、E間因動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸而將工作電路接通，小燈泡L發(fā)光。閉合開關(guān)S，銜鐵被電磁鐵吸下來，動(dòng)觸點(diǎn)同時(shí)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)接觸，使D、E間連通。這時(shí)彈簧被拉長，觀察到工作電路被接通，小燈泡L發(fā)光。斷開開關(guān)S，電磁鐵失去磁性，對銜鐵無吸引力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置，動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分開，工作電路被切斷，小燈泡L不發(fā)光。

圖3-3 電磁繼電器結(jié)構(gòu)示意圖 在集成電路測試中，繼電器通常用于電路系統(tǒng)的切換，對于不同參數(shù)的測試來說所需的電路可能不同，那么我們要在不更換電路板的前提下將所需參數(shù)測試出來就必須在已有的電路中通過繼電器的通斷來接入不同的電路網(wǎng)絡(luò)，這大大縮短了集成電路的測試周期。所以要求讀者必須熟練掌握繼電器的使用，并在后期LoadBoard的設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮繼電器的作用。

3.3 板載繼電器原理分析

如圖3-4所示為芯片LM324N的測試用LoadBoard，圖中的白色方塊就是書中所使用的繼電器，它是由歐姆龍公司生產(chǎn)的外部直插式繼電器，型號為G6S-2 DC5V，該繼電器包括8個(gè)引腳，如圖3-5所示。

圖3-4 LM324芯片測試LoabBoard

圖3-5 G6S-2-DC5繼電器引腳圖
引腳1和引腳8分別為繼電器的兩個(gè)電源端，其余引腳為繼電器的外圍電路連接端，繼電器在默認(rèn)狀態(tài)下1、3和6、7連接在一起，當(dāng)繼電器工作時(shí)3、6號引腳會(huì)在線圈產(chǎn)生的力將其打到4、5端，此時(shí)繼電器3、4和5、6接通，實(shí)現(xiàn)電路網(wǎng)路的切換。
使用加速科技的ST2516測試設(shè)備時(shí)會(huì)使用CBIT模塊來對繼電器進(jìn)行控制，表3-2是CBIT資源的性能參數(shù)。CBIT模塊，控制DUT板上的繼電器（Relay）通斷。單業(yè)務(wù)板可用8CH。

表3-2 CBIT規(guī)格

CBIT資源在測試機(jī)上電后默認(rèn)輸出5V電壓，當(dāng)需要控制繼電器時(shí)使用CBIT模塊中的SetOn()方法可讓對應(yīng)繼電器模塊的控制通道輸出一個(gè)低電平，實(shí)現(xiàn)對繼電器的控制，控制電路如圖3-6所示。

圖3-6 G6S-2-DC5繼電器驅(qū)動(dòng)電路

圖3-6中的電路為加速科技測試設(shè)備匹配的繼電器控制電路，繼電器的電源正極與+5V電源相連，并且在每個(gè)繼電器的上方匹配了一個(gè)顯示電路當(dāng)繼電器被驅(qū)動(dòng)時(shí)上方的LED燈將被點(diǎn)亮，用于提示設(shè)計(jì)者每個(gè)繼電器的關(guān)斷。

3.4 繼電器封裝的創(chuàng)建

繼電器的符號創(chuàng)建過程請參考2.3節(jié)，這里不再贅述，這里主要講解繼電器的PCB封裝。

首先在歐姆龍的官網(wǎng)下載G6S-2型號繼電器的數(shù)據(jù)手冊，在手冊中對繼電器的尺寸參數(shù)有具體的描述，如圖3-7所示為繼電器的尺寸參數(shù)，讀者可據(jù)此繪制繼電器的封裝。

圖3-7 G6S-2-DC5繼電器尺寸信息

書中使用的是插件式的繼電器，所以所用焊盤的形式為通孔，具體數(shù)據(jù)信息如表3-3所示。

表3-3 繼電器封裝信息

焊盤添加完成后在其絲印層添加一些絲印，并添加對應(yīng)的3D封裝，如圖3-8所示。

最后總結(jié)一下本章內(nèi)容，本章內(nèi)容主要圍繞繼電器展開，講述了繼電器的組成，工作原理，以及我們在設(shè)計(jì)芯片測試LoadBoard的時(shí)候如何使用繼電器燈進(jìn)行了粗略的概述，更多內(nèi)容需要讀者自己深耕。

如果您想一口氣讀完 Kerman 的筆記，可以訪問以下鏈接：

https://github.com/HubertHQH/KiCad_Design_Guide

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