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懷疑電路出問題前需要做的事情

可能是集電極開路輸出的原因

大家好!我是來自解決方案開發科的宮田。在這期專欄中,我想聊聊產品設計方面的經驗等。還請大家多多關照。

那么讓我們開始吧,當我們將電路組裝好并接通電源時,常常會遇到“誒?沒有反應?為什么?”的狀況。這時我們需要檢查并重新配置電路的構成和元件,卻怎么也找不到故障的原因。這種情況時可疑的要點是什么?這就是我們這次要談的話題。

數字I / O,計時器,計數器很可疑

在測試系統中嵌入了數字I / O。我是將其用于集電極開路輸出,但實際上它就是導致故障發生的罪魁禍首。
那時的我還沒有認識到,作為數字I / O,計時器及計數器等這些設備的輸出電路,大致有灌電流和拉電流可使用的設備(圖1),和作為集電極開路輸出(圖2)或灌電流必須使用的設備這兩種。
換句話說,過去我以為集電極開路輸出就是如圖1所示,發射極和收集極被分開輸出,組成一個可以接通的電路。
因為,過去也有過設備的規格是灌電流和拉電流皆可使用的輸出(圖1),直接將其當作集電極開路輸出來用的實例。

圖1 灌電流和拉電流可使用的晶體管輸出
圖2 NPN晶體管(集電極開路輸出方式)

圖1是一個既可用于灌電流又可用于拉電流的電路,取決于連接負載的方法,針對負載而言,即可是灌電流也可是拉電流。因此,用這種輸出方式,變通非常靈活(修正錯誤的使用)。
另一方面,圖2是集電極開路輸出方式,電流的流動與NPN晶體管一致,為灌電流。在集電極開路輸出的情況下,內部電路在發射極接地,只能連接到集電極側,因為只有灌電流,所以無法用NPN晶體管來驅動電路。

拉電流并不是通過集電極開路來作動的…

一開始組裝的驅動電路如圖3-1。

圖3-1 晶體管輸出的驅動電路示例(NPN)
圖3-2 晶體管輸出的驅動電路示例(PNP)

但是,由于實際使用的數字I / O是集電極開路輸出方式(灌流型),因此規格上一直是將數字I / O的發射極端用來接地。在這種情況下,不設計成(圖3-2)所示的電路,繼電器將無法工作。因為我犯了這樣的錯誤,只好把基板重做了。修改后的電路就是(圖4)的樣子。

圖4

但是,正是由于犯過這樣的錯誤,下次組裝電路時,只要記得無論是灌電流還是拉電流,晶體管輸出和開路集電極輸出方式的驅動電路有圖3-1和圖3-2兩種類型的話,(根據電路情況不同需要稍作改動)就可以知道大體上全部的信息了。在這之后,就只剩下根據要連接的晶體管能流通的電流大小和實際想要的電流大小來決定要用哪個晶體管了。

關于晶體管輸出(集電極開路輸出方式,灌電流,拉電流等),對經驗豐富經驗的人來說可能是非?;A的東西,剛剛講的這些很多人會覺得是理所當然吧。但是,我認為設計經驗較少的新員工和年輕工程師很容易犯這些錯誤。實際上我也像上面說的,不小心搞錯了…。

電路設計中固然會出現錯誤。在排查錯誤時,出乎意料的是常常會忽略要去確認設備本來的輸入輸出規格。覺得有點奇怪的時候,在檢查電路配置的同時也要試著檢查一下這方面。

TEXT BY
宮田 將喜
解決方案開發部 解決方案開發科

[主要產品開發業績]
定制品 AC紋波疊加電源系統
定制電源系統,定制電子負載系統

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