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• 排除固态继电器故障的方法

  本文讨论了对固态继电器和输入/输出端子进行故障排除的一些方法。固态继电器是可以允许大电流的半导体器件，但如果超过它们的输入和输出额定值，就会立即损坏。这种损伤通常无法从外部看到，因此更难诊断。但是通过几个简单的故障排除步骤，就可以很容易地验证操作是否正确。什么是固态继电器？固态继电器的基本操作由连接到输入端子的小电压LED组成，其额定电压范围为直流或交流电压。输出触点是单个大电流场效应晶体管（FET）或晶闸管器件，分别提供直流或交流负载切换。由于这些继电器没有移动部件，因此它们比机械部件更难进行视觉和听觉检查。输入侧和输出侧内部的固态组件都依赖于二极管结进行操作，因此某些测试方法类似于二极管测试功能。与机械继电器不同，它们不能单独使用电阻进行测试。测试这些继电器时会出现一个困难。由于它们由半导体元件构成，它们会根据施加到输出的电压量和输出类型（FET与晶闸管）做出不同的响应。由于不同的仪表品牌和型号会输出不同的电压和电流水平来执行某些测试，因此您不能总是指望特定的结果。在使用各种仪表执行许多我自己的测试时，我使用不同的仪表从完全相同的继电器测量了不同的值。这与接触端子将完全打开或关闭的任何物理开关形成对比，无论电压水平如何，都提供明显的电阻和电压预期。执行测量时，请记住，没有任何仪表测试可以替代适当的台架测试，提供作为实际工作条件的准确工作电压和电流水平。下面提供的这些步骤只是可能用于追踪不良继电器的方法列表。输入端子固态继电器的输入是与限流电路串联的LED。无论输入电压如何，电流限制通常将流量保持在不超过20mA。这就是为什么他们可以接受广泛的电压。如果他们依赖固定的输入电阻，LED会在更高的电压下变得更亮，因此输出负载电路会随着输入电压的变化而做出不同的响应。当规定的电压是适当值的范围时，这并不理想。使用任何典型的万用表，“二极管测试”功能都用示意图二极管符号表示。该功能将一个小电压施加到二极管结上并缓慢增加电压，直到达到二极管正向电压并且电流增加。该电压显示在显示屏上。它足以测试LED以及许多晶体管。非常适合固态继电器的直流输入。将仪表的红色表笔放在标有“+”的继电器输入端子上。这将出现在任何直流输入继电器上。将黑色COM引线放在另一个输入端子上。当仪表的刻度盘置于“二极管”功能范围内时，电压应增加到1.2-2.0伏左右。它可能会稍微多一点或少一点，因为每个LED都有不同的工作电压，并且每个型号都会有不同的输出。您可能会发现误导性结果标准二极管不需要与LED一样高的电压，因此某些仪表可能无法将其二极管测试电压提高到足以激活LED并提供测量值。他们将在显示屏上显示OL，但继电器可能仍然工作。这仅适用于低压直流输入继电器。如果您发现AC或更高范围的DC预期电压高于5伏，仪表显示屏将显示OL，但继电器可能仍然工作。输出端子普通继电器负载所消耗的电量远远超过万用表的微小功率输出，因此任何仪表都无法接近模拟真实世界的条件。因此，输出终端的故障排除可能会比较棘手，但我们有几个可用的选项。二极管测试功能仍然可以在各种直流输出固态继电器上工作。当继电器“关闭”时，输出打开，并显示非常大的电压降。当“开启”时，电压显着下降，但仍大于0。唯一的问题是，对于更高的电流，晶体管的内阻会降低。由于仪表仅输出小电流，因此可能不足以将仪表驱动到可以提供有效读数的范围内，并且可能仍显示OL。要使用此测试，请将第二个仪表的红色表笔放在“+”输出端子上，将黑色表笔放在另一个端子上。当第一个仪表对输入执行二极管测试时，检查输出。如果这个测试有效，那么当输入测试线被移除时它应该显示OL，然后电压不超过2.0伏，然后输入线被退回。另一个可能派上用场的测试是电阻测试。同样，当第一个仪表在二极管测试功能中测量输入端子时，用第二个仪表测量输出端子的电阻。它们可能会保持在一个令人震惊的高电阻，但这仅仅是因为电阻在更高的工作电流下显着降低，而不是仪表输出电流。当引线从输入端子上移开时，电阻应攀升至OL，表示开路。当输入引线返回时，输出电阻可能会下降到低MΩ或kΩ范围。在实际操作中，它会下降得远低于此，但这只是一个测试，以表明功能。应用于输入的相同警告仍然适用于输出。并非每个仪表都会为每次测试提供相同的输出值。不要假设因为这些测试只适用于一米，所以它们适用于所有人。交流输出继电器将更难测试，但我仍然能够使用上面提供的相同方法测量其中一些继电器的电阻值。固态继电器具有许多独特的特性，可以使其在某些开关操作中具有优势。然而，由于复杂的结构以及仪表输出的差异，它们仍然难以排除故障。没有什么能比得上良好的台架测试设置，但有一些二极管和电阻测试可用于提供操作的初步评估。

• 三极管继电器驱动电路中器件的参数值计算方法

  我们一般采用三极管作为继电器驱动电路，而NPN三极管是充当低侧开关，这意味着NPN导通时，三极管本身将成为继电器线圈的接地路径，下面是一个继电器驱动电路，我们可以把继电器线圈等效成线圈电感Lcoil和线圈电阻Rcoil的串联电路。Q1导通后将把继电器的低端接地以使线圈通电，当VIN节点有高电平信号时，Q1将饱和导通并将继电器接地。另一方面，当VIN节点没有驱动信号时，Q1将切断继电器的线圈通路。R2电阻将增加电路的抗噪能力，尤其是当 VIN开路时，D1用于保护反冲电压继电器反电动势的晶体管,接下来我们就详细计算一下每个器件的参数值。我们需要继电器驱动电路将继电器的线圈另一侧接地，理想情况下驱动开关上的电压降最好为零，这就意味着晶体管应该在深度饱和下工作。深度饱和意味着即使在最坏的情况下，比如考虑温度，放大倍数漂移等因素，晶体管也将保持饱和状态。假定V1=12V，VIN=5V，Rcoil=330Ω。a.求解集电极电流:IC=V1/Rcoil=12V/330Ω=36.37mAb.设置基极电流以保证三极管深度饱和：IC/IBd的值一般小于10认为是深度饱和。在这个例子中我们定为10，最准确的方法是确认一下三极管规格书中β的最小值：IC/IB=10，需要注意的是基极电流不能超过驱动电路最大输出电流。IB=IC/10=36.37mA/10=3.64mAc.电阻阻值计算：VIN=5V，R2 可设置为10kΩ。R2的目的只是确保当 VIN 处于开路状态时基极接地，因此10kΩ 足够了，流过它的电流可以求解为：IR2=VBE/R2=0.7V/10kΩ=70uA；我们在这里使用0.7V作为VBE压降，具体需参考规格书。然后，R3 上的电流也可以使用以下公式计算：IR3=IR2+IB=70uA+3.64mA=3.71mA；最后，可以使用以下等式计算 R3：R3 = (VIN–VBE)/IR3=(5V–0.7V)/3.71mA = 1.16kΩd.器件功耗计算：三极管功耗：PQ1=IB*VBE+VCE*ICPQ1=3.64mA*0.7V + 0.1V*36.37mA = 6.185mW;R2 功耗：PR2 = IR2*IR2*R2 = 70uA*70uA*10kΩ = 49uW；R3 功耗：PR3 = IR3*I R3*R3 = 3.71mA*3.71mA*1.16kΩ = 16mW；继电器功耗：PRelay = IC*IC*Rcoil=36.37mA*36.37mA*330Ω = 436.5mW；计算出所有器件的值以及功耗之后，我们就能根据这些参数进行器件选型以及输出BOM了。

• 什么是低通滤波器

  低通滤波器（Low-passfilter）是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。介绍对于不同滤波器而言，每个频率的信号的强弱程度不同。当使用在音频应用时，它有时被称为高频剪切滤波器，或高音消除滤波器。低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括电子线路（如音频设备中使用的hiss滤波器）、平滑数据的数字算法、音障（acousticbarriers）、图像模糊处理等等，这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展趋势提供了信号的平滑形式。低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数（movingaverage)所起的作用；低通滤波器有很多种，其中，最通用的就是巴特沃斯滤波器和切比雪夫滤波器。巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类，其采用的是巴特沃斯传递函数，有高通、低通、带通、带阻等多种滤波器类型。巴特沃斯滤波器在通频带内外都有平稳的幅频特性，但有较长的过渡带，在过渡带上很容易造成失真。切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器是滤波器的一种设计分类，其采用的是切比雪夫传递函数，也有高通、低通、带通、高阻、带阻等多种滤波器类型。同巴特沃斯滤波器相比，切比雪夫滤波器的过渡带很窄，但内部的幅频特性却很不稳定。种类高通与低通滤波器的最常见拓扑是SallenKey。高通它只需一个运放（图1a和1b）。多通（道）滤波器常用作带通滤波器（图1c），而且它还只需要一个运放。图2及图3示出了双二阶滤波器部分的拓扑。每种结构都能实现完整的通用滤波器传递函数。图2所示电路使用三个运放，并且使用中央运放的目的仅是为了使总的反馈路径为负反馈。带开关电容器的相同滤波器只需两个运放（图3）。参考文献1和2介绍了这些滤波器结构。并且使用中央运放的目的仅是为了使总的反馈路径为负反馈低通低通滤波器允许从直流到某个截止频率(fCUTOFF)的信号通过。将通用滤波器二阶传递函数的高通和带通系数均设为零，即得到一个二阶低通滤波器传递公式：对于高于f0的频率，信号按该频率平方的速率下降。在频率f0处，阻尼值使输出信号衰减。您可以级联多个这样的滤波器部分来得到一个更高阶的（更陡峭的转降）滤波器。假定设计要求一个截止频率为10kHz的四阶贝塞尔(Bessel)低通滤波器。根据参考文献1，每部分的转降频率分别为16.13及18.19kHz，阻尼值分别为1.775及0.821，并且这两个滤波器分区的高通、带通和低通系数分别为0、0与1。您可以使用这两个带有上述参数的滤波器部分来实现所要求的滤波器。截止频率为输出信号衰减3dB的频率点。有源滤波器是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置，常用于信号处理、数据传输和干扰抑制等方面，有源低通滤波电路由集成运放和无源元件电阻和电容构成。它的功能是允许从零到某个截止频率的信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。有源低通滤波电路可以用来滤除高频干扰信号。概念波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。有源滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，又称为有源滤波器。有源滤波器能够在滤波的同时还能对信号起放大作用，这是无源滤波无法做到的。根据滤波电路通过或者阻止信号频率范围不同，可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。本文讨论的是有源低通滤波电路的设计与仿真研究。有源低通滤波电路能够通过低频信号，抑制或衰减高频信号。二阶压控电压源低通滤波电路由两个RC环节和同相比例放大电路构成。通过分析可知：当信号频率大于截止频率时信号的衰减率只有20dB/十倍频。而且在截止频率附近，有用信号也受到衰减。二阶压控有源低通滤波电路衰减可以达到40dB/倍频。而且在截止频率附近，有用信号可以得到一定提升。如果Q=0.707时，滤波器的幅频特性最为平坦；如果Q>0.707时，幅频特性将出现峰值。因此，我们后面要用到巴特沃斯归一化方法设计电路图参数。运放运算放大器是目前应用最广泛的一种器件，虽然各中不同的运放结构不同，但对于外部电路而言，其特性都是一样的。运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级，其中输入级一般是采用差动放大电路（抑制电源），中间级一般采用有源负载的共射负载电路（提高放大倍数），输出级一般采用互补对称输出级电路（提高电路驱动负载的能力）。运算放大器的性能指标包括5个，开环差模电压放大倍数，最大输出电压，差模输入电阻，输出电阻，共模抑制比CMRR。（开环差模放大倍数是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。最大输出电压是指它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。差模输入电阻的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。输出电阻的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。共模抑制比放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好。）实际是有要求的。首先运放的输入阻抗要足够大，以免输入阻抗对电路中的实际电阻产生过大的影响。其次运放的开环增益AV0要足够大。但由于这些条件非常容易满足，因此在设计有源二阶低通滤波器时，不考虑。但在仿真时，不同的运放对滤波器的指标还是有影响的。