【任務】某直流電源(或電池)產線上需對產品的極性進行快速測試,以避免正負極色相或標志錯誤。試設計一個極性判定指示電路,以提高不合格品篩選效率。
【構思】批量測試直流電源極性最高效的方法并不是使用儀表類,而是利用LED的直觀指示來顯示極性。我們不妨使用兩個LED:綠色LED亮表示產品接入的極性正確,紅色LED亮表示產品接入的極性相反。據上理由,設計的起點如下圖:
接下來的目標是使這兩個LED各自根據電源的極性形成回路點亮,假定電源的額定電壓為15V,額定電流為0.5A,LED的工作壓降為2V,工作電流為10mA。顯然我們必須增加電阻對LED限流。
上面的電路沒有形成回路,LED尚不能工作。我們最”暴力“的想法是將每只LED的強行連接到對面相反的極性端。
很快,我們發現上面的電路仍然不能正常工作,因為部分支路被短路了。于是,我們可仿照蒸餾電路的設計方法,在上面的兩條短路支路上各增加一個正向連接的二極管。
上面的電路非常難看,我們不妨進行一下等效拓撲變換:
既然兩個LED的參數相同(只有發光顏色不同),干脆共用一個限流電阻,而該電阻的一端已連接LED的負極,那么另一端必然連接分支路的二極管正極(繼承了極性連接關系):
上面的電路工作分析:當產品接入極性一致時,電源正端經綠燈LED_GREEN、限流電阻R、二極管D2回到電源負極形成工作回路,綠燈亮;當產品接入極性相反時,電源正端經綠燈LED_RED、限流電阻R、二極管D1回到電源負極形成工作回路,紅燈亮。這就達到了判定電源極性的目的。
【計算】由于電源額定電流為0.5A,D1、D2可選擇正向電流為1A的1N4007(即使LED發生故障也留足了余量)。已知LED的工作壓降為2V,工作電流為10mA,電源電壓為15V,假定D1、D2正向壓降為0.7V,限流電阻R=(15-2-0.7)/10=1.23k(取標注系列的1.3k)。最終的設計如下圖:
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