為什麼「源型」（sourcing）和「漏型」（sinking）這兩個術語如此重要？
「源型」與「漏型」這兩個名詞描述了工業控制與自動化電路中常見的電路配置。在源型配置中，電流由控制設備提供；而在漏型電路中，控制設備則將負載連接到接地（GND）。儘管上述定義準確，但它未能充分體現這一概念的根本重要性。這兩個概念至關重要，因為它們主導著從簡單設備（如圖 1 所示的 Banner Engineering 觸控按鈕）到最複雜的各種可編程邏輯控制器（PLC）的選型決策。這些概念也延伸到了感測器領域，並與 PNP 和 NPN 這兩種稱號密切相關：其中，PNP 對應源型（sourcing），而 NP N則對應漏型（sinking）。
本工程簡報將透過簡單的應用範例進行探討，以 Banner Engineering 的 K30 觸控按鈕為示範物件。之所以選擇該設備，是因為它具備「雙極性」（bipolar）輸出特性－在此語境下，這意味著該設備同時具備漏型和源型輸出功能。
圖 1：Banner Engineering K30ABTRGHQ 觸控按鈕、Mallory FL1P-22NA-1-Y24V 面板燈以及 B&K Precision 1550 直流電源的圖片。
為什麼在考慮漏電流和源電流時會感到困惑？
原因可能有兩點：歷史淵源和術語差異。從歷史角度來看，我們可以追溯到本傑明·富蘭克林（Benjamin Franklin）和 J.J. 湯姆遜（J.J. Thomson）。這涵蓋了對極性的最初發現，以及近兩百年後獲得諾貝爾獎的電子發現和對電流流動的「正確」理解。
歷史遺留的問題
遺憾的是，這種歷史差異為我們帶來了一些有趣的難題。通常，工程師被教導用富蘭克林的術語來理解電流流動，而技術人員通常被教導用湯姆遜的更精確的術語來理解。事實上，有些教科書同時以傳統的電流流動理論（富蘭克林）和電子流動理論（湯姆遜）來寫。並排比較就會發現，所有電流方向都發生了翻轉，磁場的旋向也從右手定則變成左手定則。
為了理解「源」和「漏」這兩個術語，我們需要解決工程師和技術人員之間的認知差異。無論好壞，我們姑且認為富蘭克林的說法是正確的。電流從正極流向負極，磁場方向由右手定則定義。這對於大多數工業電子工作來說已經足夠了。如果你正在學習半導體理論課程，或研究真空管技術，你可以重新檢視這個問題，並認為湯姆遜的說法是正確的。換句話說，誰先定義了這些術語，誰就獲勝。
在直流電路中，電流從正極流向負極。
命名法的問題
當我們探討源和彙的概念時，我們需要仔細區分控制器和負載：
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控制器：對於數位電路來說，控制器是一個開關或包含開關接點的東西。
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負載：負載是控制器所控制的部分。負載響應控制器。
難怪剛接觸電子產品的人對「源」和「漏」的概念如此困惑。對電流方向的單一誤解或控制器或負載術語的誤用以及整個概念都會丟失。請考慮以下範例：
例 1：
假設我們有一個由開關和繼電器線圈組成的電路。在這種情況下，開關是控制器，繼電器線圈是負載。
例 2：
假設我們有一個感測器和一個 PLC 輸入端。在這種情況下，感測器是控制器，PLC 輸入電路是負載。我們必須非常謹慎地使用術語並注意重點。從宏觀角度來看，我們很容易認為 PLC 是控制器。然而，在具體情況下，PLC 輸入電路及其數位輸入充當負載，而感測器才是控制器。在這種情況下，感測器控制著 PLC 的輸入。將 PLC 建模為具有輸入電阻的負載有助於理解。
使用 Banner K30ABTRGHQ 觸控按鈕實現漏型和源型控制器輸出
圖 1 和影片 1 中所示的 Banner 觸控按鈕是探索漏型和源型負載的理想設備，因為它包含兩種類型的輸出。圖 2 為設備資料手冊中的接線圖。這是一個典型的工業控制接線圖。圖中假設您能夠輕鬆辨識漏型負載和源型負載。如圖所示，與白色線（一端接 +24VDC）連接的負載為漏型負載，與黑色線（一端接地）連接的負載為源型負載。
圖 2：設備規格書中 K30ABTRGHQ 紅色/綠色觸控按鈕的接線圖。
影片 1：Banner 觸控按鈕的操作。一個面板燈為漏型負載，另一個為源型負載。
為了更清楚地說明，電路圖可以重新繪製，如圖 3 所示。這樣做很有幫助，因為圖的方向現在將漏型負載對應在左側，源型負載對應在右側。這與相關電路中的電流從左到右流動相對應。
技術提示：導線顏色與源型負載和漏型負載的概念密切相關。假設所有硬連接到迴路的連接都使用藍白相間的導線。此外，假設 24VDC 電源以及任何可能處於 24VDC 電位的導線都使用藍色導線。結果表明，漏型負載將有一根藍色導線和一根藍白相間的導線，因為負載的一端始終接地（迴路電位）。源型負載將始終有兩根藍色導線，因為負載的兩端都可能處於 24VDC 電位，具體取決於控制器的狀態。
圖 3 為 Banner 觸控按鈕的圖片以及簡化的接線圖，圖中顯示了兩個面板指示燈。請注意，按鈕是指定的控制器，面板指示燈則作為負載。一個電路是漏型電路，另一個電路是源型電路。
需要注意的是，Banner 觸控按鈕設計有兩個半獨立的控制器。這裡，我們沿用先前對控制器的定義，即帶有開關觸點並控制負載的裝置。在本例中，觸控按鈕被簡化為一個雙刀單擲 (DPST) 開關，其內部有一個「X」形接點，該接點會根據按鈕按下的狀態顯示紅色或綠色。
什麼是漏型配置？
根據定義，漏型配置是指當控制器觸點閉合時，負載與接地線連接，電路導通。在圖 3 中，我們可以看到面板燈 1 (PL1) 屬於漏型配置。如果按照富蘭克林電流定律，控制器為負載電流提供了一個「漏點」（接地線）。
什麼是源型配置？
根據定義，源型配置是指當控制器觸點閉合時，負載與電源連接，電路導通。在圖 3 中，我們可以看到 PL 屬於源型配置。在這裡，控制器充當電流源。電流流經負載，然後經由接地線返回。
技術提示：我們必須謹慎使用「接地」和「迴路」這兩個術語。它們經常被混用，但實際上指的是不同的電路配置。「迴路」通常指浮動系統，而「接地」則指電源負極連接到金屬機殼的系統。通常情況下，24V直流控制系統相對於地是浮動的。因此，使用「迴路」一詞較為恰當。例如，考慮一下 Delta Electronics 的 DRC-24V015W1RZ 電源。根據規格書，它是一款雙重絕緣的 2 類裝置，並且「無需接地連接」。分析電源框圖也進一步證實了這一點，框圖顯示輸出級採用了電氣隔離。
哪種電路適合作為漏型電路還是源型電路？
英文裡有句諺語叫「因材施教」。沒有萬能的解決方案。相反，電路配置多種多樣，需要不同的產品解決方案。最佳電路不僅能完成任務，還能為未來的組裝人員、設備整合商和技術人員提供清晰且有據可查的系統維護和維修方法。
就我個人而言，我更喜歡源型配置。原因有幾個。首先，我喜歡把開關放在負載的高側。其次，我們傾向於以正邏輯思維來思考，所有東西都以地為參考。例如，我們會下意識地把三用電表的參考探針（黑色）接地。第三，這種偏好也反映在可用產品的數量上。例如，以 DigiKey 的接近感測器為例，如果我們選擇 3 線和 4 線常開 NPN（漏型控制器），我們會找到 超過 1,500 個結果。對 PNP（源型控制器）的相同搜尋結果顯示有超過 2,700 個。這確實支持了這種偏好。然而，這也表明漏型電路和源型電路都很常用。因此，所有從事工業控制的人員都必須深入了解這兩種配置。
技術提示：諸如此觸控按鈕之類的橫幅產品有多種不同的配置。一個重要的區別是誰或什麼在控制指示燈。特色 Banner K30 位於控制範圍的一端，使用者可以控制顏色。另一方面，我們發現 Banner K50 等設備的顏色由 Schneider Electric Modicon TM221CE24T PLC 等 PLC 控制。考慮到這個範圍，我們必須為給定的應用仔細選擇產品。
完結前感想
本簡介探討了透過透鏡（即 Banner Engineering 觸控按鈕）進行漏電流和源電流電路配置的概念。它簡要介紹了相關概念，例如 PLC、繼電器和具有 PNP（源型）和 NPN（漏型）輸出的感測器。也許未來我們可以進一步探索這些應用。我相信這將是對我們時間的一個很好的利用，因為下沉和採購的概念是我們許多技術所依賴的基本組成部分。
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DigiKey 導航
- 完整目錄：工業控制與自動化
問題
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請定義「控制器」和「負載」這兩個術語，並說明它們在漏型電路和源型電路中的應用。
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請提供至少三個「控制器」的例子和三個「負載」的例子。
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參考圖 3，請標示每根導線的顏色。所有與迴路連接的實線都使用藍色條紋的白色導線，其他所有連接都使用藍色導線。
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判斷題：控制器是電路中啟動或控制電流的部分。
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假設我們不小心將圖 3 接線圖中的 2 號和 4 號導線互換了。請描述結果。
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從「電流流動」的角度，分別描述控制器和負載的「源型」概念。
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「高側」開關是什麼意思？它與漏型電路還是源型電路有關？
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請區分「接地」和「迴路」這兩個術語。
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您正在使用三用電表故障排除電路。請描述當黑色參考探針連接到金屬機殼時，三用電表的讀數與連接到浮動迴路端子時讀數的差異。
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研究 PNP 和 NPN 電晶體的配置。為每種類型提供電路圖，圖中應包含電源、電晶體和負載。假設電源電壓為 24V 直流。同時，請將每個電路圖標記為漏型電路或源型電路。
批判性思考題
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解釋繼電器如何在基於繼電器的控制電路中同時作為控制器和負載。
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描述在漏型電路和源型電路中，故障排除步驟有何不同。提示：考慮控制器觸點斷開和閉合時相對於迴路的測量電壓。此外，務必明確儀表參考探針的放置位置。
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假設您家中的斷路器是控制器，您的配電盤屬於漏型電路還是源型電路？該電路有哪些安全注意事項？提示：假設您不小心進入了電路，手接觸了電線，腳接觸了接地線。
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將工業控制器的 24VDC 電源接地（以負極為地）的優缺點是什麼？
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回到問題 4 中提到的接錯的電線。在不將電線恢復到正常配置的情況下，如何使用兩個大電阻器恢復電路？提示 1：假設電阻器的阻值相對於負載而言很低。提示 2：務必閱讀關於 PNP 和 NPN 感測器的文章，特別是關於用 NPN 感測器取代 PNP 感測器的章節。
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有時你會聽到「電流總是沿著阻力最小的路徑流動」這種完全荒謬的說法。請解釋這種想法如何導致危險情況，例如導體與接地線之間沒有明顯連接的浮動系統。