【任務】大量的儀器儀表使用電池供電,如果忘記關閉電源,電池將很快消耗干凈,嚴重時電池會漏液腐蝕電路,造成不可挽回的損失。試設計一個自動關機電路,當忘記手動關閉電源時,電路會在“閑置”一小段時間后自動關機。
【構思】如下圖(設計的起點),手動操作開關SW下投時9V電池給儀器儀表電路供電,當SW上投時儀器儀表電路斷電。之所以使用單刀雙擲開關,是因為在斷電狀態時,我們要實現既能預備上電,又能自動斷電的功能,這必然要使用兩個開關靜觸頭。
使用完儀器后忘了斷電,即SW一直使電池向儀器供電,我們的目標是經過一段時間后可自動切斷供給儀表的電壓正極端,這可以考慮使用低壓差的PNP三極管(比如S9015)來實現:
上圖中Q1是浮地的,這不利于控制,于是我們可增加一個NPN管(比如S9013)來實現“接地”(別忘了加開關態限流電阻):
儀表上電時,Q1必須導通,Q2的C極拉低,從而Q2也必須導通,這就要求給R2高電平;如果忘記給儀表斷電,要求經過一段時間后送給R2的電平變為低,從而使Q2截止,進而使Q1截止,從而斷開電池給儀表的供電。這使我們想到使用以RC為延時和電壓基準的比較器(比如LM393)作為R2的驅動電路:
上圖原理綜述:SW上投,即儀表斷電后,電池給電容C1充電,使其飽和電壓為9V。SW下投,即儀表上電后,一方面,R4與R5對從電池而來得9V分壓(比如選擇合適得阻值得到2V)送給比較器的反相端(2腳),另一方面,電容C1的正端(連比較器同向端,即3腳)電壓會通過運放對地緩慢放電(因為運放輸入阻抗很大,所以放電很慢)。起初,比較器的同相端電壓電壓一直高于反相端電壓,比較器輸出高電平使Q2、Q1導通,電池持續向儀表供電。選定合適的R3和C1可得到不同的延時,R3C1的回路失去電源后,C1上的電壓會逐漸下降,當降到比反相端電壓(比如2V)時,比較器將輸出低電平,Q2、Q1截止,于是斷開供給儀表的9V電壓。
元件的參數計算很簡單,這里不再贅述。
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