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在不同顏色之間轉換的電壓指示器

2015年06月09日  | Einar Abell

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本文將介紹兩種指示燈電路版本,當電池放電時它能從綠色變成紅色。雖然有許多電路可以完全這類任務,但我所見過的電路對我來說都太過複雜,而且成本也很高。本文所述的方法使用了數量絕對最少的低成本器件:1個雙色LED和4個其它元件。


圖1舉出的是最簡單的一個版本。當B+端是9V時,綠色LED將被點亮,因為Q1基極電壓是1.58V,發射極電壓是二極體電壓VD (典型值1.8V),這使得Q1處於關斷狀態。隨著電池電壓的下降,D2兩端的電壓幾乎保持不變,但基極電壓會逐漸下降,直到Q1開始導通。此時電流將分流進D1——紅色LED,並且接收到的電流會越來越大,直到所有電流流向紅色LED。


圖1:基本的電壓/電池監視電路
圖1:基本的電壓/電池監視電路。

對於典型的雙色LED來說,正向電壓差為0.25V,這也是從綠色變成紅色的轉換電壓。導致顏色完全改變的B+端電壓等於0.25V乘以R1和R2的分壓值:


  0.25V•[1+(R1/R2)]


這個轉換的中心電壓是VD - VBE,大約為1.2V(VD隨溫度的大多數變化也要減去)。將所有因素考慮進來,B+端電壓從7.1V變成5.8V時將使LED從綠色變成紅色。


不同的LED組合具有不同的壓差,而這個壓差有可能不足以實現完整的顏色轉換,但通過給D2串聯一個二極體,你仍可以使用這個設計。


圖2用一個齊納二極體代替了R1,從而變成一種轉換窄得多的電路。這個電路不再有分壓效應。B+端0.25V的變化就會改變LED顏色。轉換點是1.2V + VZ (對於圖中所示器件約為7.2V)。


圖2:基於齊納二極體的電路。
圖2:基於齊納二極體的電路。

這個電路的缺點是你將受到標準齊納二極體電壓的限制。由於實際的低壓齊納二極體可能具有軟拐點(soft knee),因此情況更加複雜,很難預測這個電路在小電流時VZ會是多少。避免此一問題的變通方法是拿一個電阻來與齊納二極體串聯,從而可以對電壓進行一定程度的調整,但代價是轉換電壓會高一些。


圖中所示的電阻值會產生1mA的漏電流。對於高亮度LED來說,室內使用已足夠了。但如果使用的是9V電池,那麼即使這個小電流也很顯著,因此你需要考慮在額外電流與不需要時單元電路仍在工作的風險之間進行折衷(如果是為了體會這種電壓監視器的用途而忘了關斷電路,通常只需要換一次電池)。


這種方法也能在過高電壓下完成綠色到紅色的轉換,只需將Q1換成NPN(並且交換發射極和集電極)。用NPN和PNP可以建立一個視窗比較器(window comparator)。


考慮到圖1電路的轉換範圍相對較寬,它最適合9V電池採用,但圖2中電路經過適當調整後即可以適合其它的電壓。





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