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生产线设备YL335B指导书

YL-335B型

自动生产线装备

实践指导书

（三菱PLC版本）

华南理工大学

自动化实验教学中心

前言

现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。

可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。

因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。

亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装供料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和伺服（步进）电机位置控制等技术。

系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过CC-LINK网络通讯实现互连的分布式控制方式。

因此，YL-335B综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、伺服电机位置控制和变频器技术等。

利用YL-335B，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。

YL-335B采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。

可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。

本实训指导书主要阐述亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备的基本结构、工作原理和工作过程。

实训指导书力求采用项目教学的方法介绍本装备所涉及的技术，使学生在知识的学习和综合应用，PLC的编程和组网能力，设备的安装与调试等方面能收到较好的效果。

鉴于时间仓促和限于编者水平，书中难免有错误及不当之处，恳请读者批评指正。

项目一了解YL-335B自动生产线实训考核装备

1.1YL-335B的基本组成

亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。

其外观如图1-1所示。

图1-1YL-335B外观图

其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。

各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取伺服电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。

分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。

位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。

在YL-335B设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。

传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。

在控制方面，YL-335B采用了基于CC-LINK网络通信的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过CC-LINK网络通讯实现互连的分布式控制方式。

用户可根据需要选择不同厂家的PLC及其所支持的CC-LINK网络通信模式，组建成一个小型的PLC网络。

小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。

另一方面，掌握基于CC-LINK网络通信的PLC网络技术，将为学习三菱系列现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。

1.2YL-335B的基本功能

YL-335B各工作单元在实训台上的分布如图1-2的俯视图所示。

图1-2YL-335B俯视图

各个单元的基本功能如下：

1、供料单元的基本功能：

供料单元是YL-335B中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。

具体的功能是：

按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。

如图1-3所示为供料单元实物的全貌。

图1-3供料单元实物的全貌

2、加工单元的基本功能：

把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。

如图1-4所示为加工单元实物的全貌。

图1-4加工单元实物的全貌

3、装配单元的基本功能：

完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。

装配单元总装实物图如1-5。

图1-5装配单元总装实物图

4、分拣单元的基本功能：

完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。

如图1-6所示分拣单元实物的全貌。

图1-6分拣单元实物的全貌

5、输送单元的基本功能：

该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。

输送单元的外观如图1-7所示。

图1-7输送单元外观图

直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视实训目的而定。

YL-335B的标准配置为伺服电机。

1.3YL-335B的电气控制

1.3.1YL-335B工作单元的结构特点

YL-335B设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。

每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。

因此，工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。

YL-335B的解决方案是：

机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。

PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。

两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。

图1-8和图1-9分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。

图1-9PLC侧接线端口

图1-8装置侧接线端口

装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC24V电源的+24V端，底层端子用以连接DC24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。

PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。

底层端子用以连接DC24V电源的+24V端和0V端。

装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连结。

其中25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。

1.3.2YL-335B的控制系统

YL-335B的每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。

1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。

按钮指示灯模块如图1-10所示。

模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。

图1-10按钮指示灯模块

模块盒上器件包括：

⑴指示灯（24VDC）：

黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。

⑵主令器件：

绿色常开按钮SB1一只

红色常开按钮SB2一只

选择开关SA（一对转换触点）

急停按钮QS（一个常闭触点）

2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于主站采用三菱Q系列PLC，从站采用三菱FX系列PLC的设备，YL-335B的配置是采用了CC-LINK网络通信方式。

设备出厂的控制方案如图1-11所示。

图1-11YL-335B的通信网络

各工作站PLC配置如下：

1输送单元：

Q02HCPU主单元，QX41DC输入模块共32点输入，QY41P晶体管输出模块共32点晶体管输出。

2供料单元：

FX3U-32M主单元，共16点输入，16点继电器输出。

3加工单元：

FX3U-32M主单元，共16点输入，16点继电器输出。

4装配单元：

FX3U-48M主单元，共24点输入，24点继电器输出。

⑸分拣单元：

FX3U-32M主单元，共16点输入，16点继电器输出。

3、人机界面

系统运行的主令信号（复位、启动、停止等）通过触模屏人机界面给出。

同时，人机界面上也显示系统运行的各种状态信息。

人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。

使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。

使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本，同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

YL-335B采用了三菱GT1055-QSBD-C触摸屏作为它的人机界面。

GT1055-QSBD-C是一款集显示、运算、通讯三位一体的高速应对工控机。

该产品设计采用了5.7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），可显示世界各国的语言，GT1055-QSBD-C触摸屏的使用、人机界面的组态方法，将在项目六（分拣单元控制系统实训）中介绍。

1.4供电电源

外部供电电源为三相五线制AC380V/220V，图1-12为供电电源模块一次回路原理图。

图中，总电源开关选用DZ47LE-32/C32型三相四线漏电开关。

系统各主要负载通过自动开关单独供电。

其中，变频器电源通过DZ47C16/3P三相自动开关供电；各工作站PLC均采用DZ47C5/2P单相自动开关供电。

此外，系统配置4台DC24V6A开关稳压电源分别用作供料加工、装配、分拣及输送单元的直流电源。

图1-12供电电源模块一次回路原理图

图1-13配电箱设备安装图

1.5气源处理装置

YL-335B的气源处理组件及其回路原理图分别如图1-14所示。

气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，调节并保持恒定的工作压力。

在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。

气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之把气路开关向右推入时气路关闭。

图1-14气源处理组件

气源处理组件输入气源来自空气压缩机，所提供的压力为0.6～1.0MPa,输出压力为0～0.8MPa可调。

输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元。

项目二供料单元控制系统实训

2.1了解供料单元的结构和工作过程

供料单元的主要结构组成为：

工件装料管，工件推出装置，支撑架，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。

其中，机械部分结构组成如图2-1所示。

图2-1供料单元的主要结构组成

其中，管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到出料台上。

它主要由管形料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。

该部分的工作原理是：

工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。

当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。

在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。

在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。

这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。

图2-2供料操作示意图

在底座和管形料仓第4层工件位置，分别安装一个漫射式光电开关。

它们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。

若该部分机构内没有工件，则处于底层和第4层位置的两个漫射式光电接近开关均处于常态；若仅在底层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而第4层处光电接近开关常态，表明工件已经快用完了。

这样，料仓中有无储料或储料是否足够，就可用这两个光电接近开关的信号状态反映出来。

推料缸把工件推出到出料台上。

出料台面开有小孔，出料台下面设有一个圆柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，以便向系统提供本单元出料台有无工件的信号。

在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。

2.2相关知识点

2.2.1供料单元的气动元件

1、标准双作用直线气缸

标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。

双作用气缸是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。

图2-3是标准双作用直线气缸的半剖面图。

图中，气缸的两个端盖上都设有进排气通口，从无杆侧端盖气口进气时，推动活塞向前运动；反之，从杆侧端盖气口进气时，推动活塞向后运动。

双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。

图2-3双作用气缸工作示意图

为了使气缸的动作平稳可靠，应对气缸的运动速度加以控制，常用的方法是使用单向节流阀来实现。

单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，所以也称为速度控制阀。

图2-4给出了在双作用气缸装上两个单向节流阀的连接示意图，这种连接方式称为排气节流方式。

即，当压缩空气从A端进气、从B端排气时，单向节流阀A的单向阀开启，向气缸无杆腔快速充气；由于单向节流阀B的单向阀关闭，有杆腔的气体只能经节流阀排气，调节节流阀B的开度，便可改变气缸伸出时的运动速度。

反之，调节节流阀A的开度则可改变气缸缩回时的运动速度。

这种控制方式，活塞运行稳定，是最常用的方式。

图2-4节流阀连接和调整原理示意图

节流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。

图2-5是安装了带快速接头的限出型气缸节流阀的气缸外观。

图2-5安装上气缸节流阀的气缸

2、单电控电磁换向阀、电磁阀组

如前所述，顶料或推料气缸，其活塞的运动是依靠向气缸一端进气，并从另一端排气，再反过来，从另一端进气，一端排气来实现的。

气体流动方向的改变则由能改变气体流动方向或通断的控制阀即方向控制阀加以控制。

在自动控制中，方向控制阀常采用电磁控制方式实现方向控制，称为电磁换向阀。

电磁换向阀是利用其电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力使阀芯切换，达到改变气流方向的目的。

图2-6所示是一个单电控二位三通电磁换向阀的工作原理示意。

图2-6单电控电磁换向阀的工作原理

所谓“位”指的是为了改变气体方向，阀芯相对于阀体所具有的不同的工作位置。

“通”的含义则指换向阀与系统相连的通口，有几个通口即为几通。

图3-5中，只有两个工作位置，具有供气口P、工作口A和排气口R，故为二位三通阀。

图2-7分别给出二位三通、二位四通和二位五通单控电磁换向阀的图形符号，图形中有几个方格就是几位，方格中的“┯”和“┷”符号表示各接口互不相通。

图2-7部分单电控电磁换向阀的图形符号

YL-335B所有工作单元的执行气缸都是双作用气缸，因此控制它们工作的电磁阀需要有二个工作口和二个排气口以及一个供气口，故使用的电磁阀均为二位五通电磁阀。

供料单元用了两个二位五通的单电控电磁阀。

这两个电磁阀带有手动换向和加锁钮，有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2个位置。

用小螺丝刀把加锁钮旋到在LOCK位置时，手控开关向下凹进去，不能进行手控操作。

只有在PUSH位置，可用工具向下按，信号为“1”，等同于该侧的电磁信号为“1”；常态时，手控开关的信号为“0”。

在进行设备调试时，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。

图2-8电磁阀组

两个电磁阀是集中安装在汇流板上的。

汇流板中两个排气口末端均连接了消声器，消声器的作用是减少压缩空气在向大气排放时的噪声。

这种将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组，而每个阀的功能是彼此独立的。

，阀组的结构如图2-8所示。

3、气动控制回路

气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。

气动控制回路的工作原理如图2-9所示。

图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。

1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在顶料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。

1Y1和2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。

通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。

图2-9供料单元气动控制回路工作原理图

2.2.2认知有关传感器（接近开关）

YL-335B各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也称为接近开关。

接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等等。

YL-335B所使用的是磁感应式接近开关（或称磁性开关）、电感式接近开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器等。

这里只介绍磁性开关、电感式接近开关和漫反射光电开关，光纤型光电传感器留待在装配单元实训项目中介绍。

1、磁性开关

YL-335B所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。

这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。

在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。

而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。

有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。

舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。

图2-10是带磁性开关气缸的工作原理图。

当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。

触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。

图2-10带磁性开关气缸的工作原理图

在磁性开关上设置的LED显示用于显示其信号状态，供调试时使用。

磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED不亮。

磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。

图2-11磁性开关内部电路

磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。

磁性开关的内部电路如图2-11中虚线框内所示。

2、电感式接近开关

电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。

电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。

如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。

利用这一原理，以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。

电感式接近传感器工作原理框图如图2-12所示。

供料单元中，为了检测待加工工件是否金属材料，在供料管底座侧面安装了一个电感式传感器，如图2-13所示

图2-13供料单元上的电感式传感器

图2-12电感式传感器原理框图

在接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。

安装距离注意说明如图2-14所示。

图2-14安装距离注意说明

3、漫射式光电接近开关

（1）光电式接近开关

“光电传感器”是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。

其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。

光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。

如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。

光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。

大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。

按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3种，如图2-15所示。

图2-15光电式接近开关

（2）漫射式光电开关

漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。

它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。

在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。

图2-15（b）为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。

供料单元中，用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用神视或OMRON公司的CX-441或E3Z-L61型放大器内置型光电开关（细小光束型，NPN型晶体管集电极开路输出）。

该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮和显示灯如图2-16所示。

图中动作选择开关的功能是选择受光动作（Light）或遮光动作（Drag）模式。

即当此开关按顺时针方向充分旋转时（L侧），则进入检测-ON模式；，当此开关按逆时针方向充分旋转时（D侧），则进入检测-OFF模式。

距离设定旋钮是5回转调节器，调整距离时注意逐步轻微旋转，否则若充分旋转距离调节器会空转。

调整的方法是，首先按逆时针方向将距离调节器充分旋到最小检测距离（E3Z-L61约20mm），然后根据要求距离放置检测物体，按顺时针方向逐步旋转距离调节器，找到传感器进入检测条件的点；拉开检测物体距离，按顺时针方向进一步旋转距离调节器，找到传感器再次进入检测状态，一旦进入，向后旋转距离调节器直到传感器回到非检测状态的点。

两点之间的中点为稳定检测物体的最佳位置。

图2-16CX-441（E3Z-L61）光电开关的外形和调节旋钮、显示灯

图2-17给出该光电开关的内部电路原理框图。

图2-17CX-441（E3Z-L61）光电开关电路原理图

用来检测物料台上有无物料的光电开关是一个圆柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，该光电开关选用SICK公司产品MHT15-N2317型，其外形如图2-18所示。

图2-18MHT15-N2317光电开关外形

4、接近开关的图形符号：

部分接近开关的图形符号如图2-19所示。

图中（a）（b）（c）三种情况均使用NPN型三极管集电极开路输出。

如果是使用PNP型的，正负极性应反过来。

图2-19