把一個功能完全的PCB比作是一個完整的世界，那么在PCB上的各種元器件就像是在這個世界上的城市，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。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。當電路需要改變流向或者進行某些特定的操作時，繼電器就會像交通警察一樣，根據指令進行切換，確保電流能夠準確地流向需要的元器件。同時，繼電器也能夠保護電路，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。它實際上是一種用小電流去控制大電流的“自動開關”，具有輸入回路和輸出回路。它應常用于功率器件通斷的場合，在應用中起自動調節、安全保護和電路轉換等作用。

繼電器按不同的標準具有不同的分類。若按輸入信號的性質分為：電壓繼電器、電流繼電器、時間繼電器、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、感應式繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器、熱繼電器和光繼電器等。

繼電器X的結構如圖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）包裹繼電器內的所有工作零部件，對整個繼電器的結構起到保護作用。基座（Base）對繼電器內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。

圖3-1 繼電器結構示意圖（爆炸圖）

圖3-2 繼電器結構示意圖（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，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力下返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。

用簡單的話來說，就是電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來使兩個觸點，工作電路閉合。電磁鐵斷電時失去磁性，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和相當于開關的靜觸點、動觸點組成。連接好工作電路，在常態時，D、E間未連通，工作電路斷開。用手指將動觸點壓下，則D、E間因動觸點與靜觸點接觸而將工作電路接通，小燈泡L發光。閉合開關S，銜鐵被電磁鐵吸下來，動觸點同時與兩個靜觸點接觸，使D、E間連通。這時彈簧被拉長，觀察到工作電路被接通，小燈泡L發光。斷開開關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，動觸點與靜觸點分開，工作電路被切斷，小燈泡L不發光。

圖3-3 電磁繼電器結構示意圖 在集成電路測試中，繼電器通常用于電路系統的切換，對于不同參數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絡，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的設計中充分發揮繼電器的作用。

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的外部直插式繼電器，型號為G6S-2 DC5V，該繼電器包括8個引腳，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，繼電器在默認狀態下1、3和6、7連接在一起，當繼電器工作時3、6號引腳會在線圈產生的力將其打到4、5端，此時繼電器3、4和5、6接通，實現電路網路的切換。
使用加速科技的ST2516測試設備時會使用CBIT模塊來對繼電器進行控制，表3-2是CBIT資源的性能參數。CBIT模塊，控制DUT板上的繼電器（Relay）通斷。單業務板可用8CH。

表3-2 CBIT規格

CBIT資源在測試機上電后默認輸出5V電壓，當需要控制繼電器時使用CBIT模塊中的SetOn()方法可讓對應繼電器模塊的控制通道輸出一個低電平，實現對繼電器的控制，控制電路如圖3-6所示。

圖3-6 G6S-2-DC5繼電器驅動電路

圖3-6中的電路為加速科技測試設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，并且在每個繼電器的上方匹配了一個顯示電路當繼電器被驅動時上方的LED燈將被點亮，用于提示設計者每個繼電器的關斷。

3.4 繼電器封裝的創建

繼電器的符號創建過程請參考2.3節，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下載G6S-2型號繼電器的數據手冊，在手冊中對繼電器的尺寸參數有具體的描述，如圖3-7所示為繼電器的尺寸參數，讀者可據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，具體數據信息如表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，并添加對應的3D封裝，如圖3-8所示。

最后總結一下本章內容，本章內容主要圍繞繼電器展開，講述了繼電器的組成，工作原理，以及我們在設計芯片測試LoadBoard的時候如何使用繼電器燈進行了粗略的概述，更多內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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