抬頭顯示器

N年前設(shè)計(jì)過一款具有胎壓、溫度顯示功能的集成在后視鏡的抬頭顯示器。

在后視鏡的鏡片上嵌入LED數(shù)碼管，通過LIN協(xié)議與主機(jī)通信。

實(shí)時(shí)接收從主機(jī)發(fā)送過來的溫度、胎壓等數(shù)據(jù)，并通過數(shù)碼管顯示出來。

集電極輸出電路

除了LIN通信，該設(shè)備比較重要的功能是數(shù)碼管的顯示控制。

在該項(xiàng)目之前，已經(jīng)有前輩設(shè)計(jì)了以下的電路：

集電極輸出電路

電路很簡單，采用NPN三極管驅(qū)動數(shù)碼管，LED接在三極管的集電極，串入1K的電阻限流。

LED由增加一些保護(hù)電路的車上的電池供電；

看上去無懈可擊，當(dāng)單片機(jī)輸了高電平時(shí)，NPN三極管飽和導(dǎo)通；

流過LED的電流為Vbat/R1，電流決定于C極的電壓。

壞就壞在電池供電上，電池所提供的電源并不是一個(gè)恒定的電壓，

而在典型值為12.8V，在9V-16V之間波動的電壓，

而且碰到甩負(fù)載或者感性負(fù)載突然斷開時(shí)，其電源可高達(dá)幾十Ｖ甚至上百Ｖ。

所以LED的工作電流在9mA-16mA之間，甚至?xí)查g高達(dá)幾百mA。

我們知道，LED的亮度取決于流過的電流；

因此，顯示亮度會隨電池電壓的變化而變化，甚至看上去很順眼的顯示，

會因?yàn)槠嚨膯踊蛳ɑ?、空調(diào)的開啟或者關(guān)閉、甚至突然顛簸，亮度會突然增加或者降低，

非常影響視覺感受。

發(fā)射極輸出

我做了一個(gè)改動，將電阻R1由集電極移到了發(fā)射極，并將阻值由1K改成了390Ω。

由原來的開關(guān)電路改成了射極跟隨器。

對于射極跟隨器，三極管工作于放大狀態(tài)，

其集電極的負(fù)載電流主要取決于基極電壓以及發(fā)射極的電阻，而基本上不受C極的電源影響。

從而在電池電壓變化時(shí)，流過LED的電流能保持恒定，

LED的顯示亮度能保持一致，更不會出現(xiàn)瞬間變亮、變暗的情況。

電路分析

假設(shè)三極管Ｑ1工作于放大狀態(tài)，該電路等效為以下電路：

等效電路(BE極壓降未標(biāo)上)

三極管Q1的Ｃ極是一個(gè)受控電流源，受控于Ｂ極電流，

假設(shè)單片機(jī)輸出高電平為VOH，

節(jié)點(diǎn)1的電壓為V，流過三極管B極的電流為Ib，

三極管B、E極的等效電阻為rBE，

三極管B、E極的導(dǎo)通電壓為VBE，

對于節(jié)點(diǎn)1，根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流法，流入該節(jié)點(diǎn)的電流總和為0，

該節(jié)點(diǎn)有3條分支，可以得到等式：

節(jié)點(diǎn)電流法

同時(shí)，利用基爾霍夫電壓定理，有：

基爾霍夫電壓定理

聯(lián)立上述兩個(gè)方程，消去V，得到Ib，

B極電流

由于(1+β)*R1>>rBE，(1+β)*R1>>R2，進(jìn)一步近似，得到：

Ib近似值

C極電流為：

C極電流

進(jìn)一步近似：

C極近似電流

可以看到，從三極管的B極往里看，其輸入電阻比較大，可以被忽略。

所以B極的電壓為VOH在R2、R3串聯(lián)回路中，R3得到的分壓；

而C極的電流為B極輸入電壓除以E極的負(fù)載電阻。

從而，C極電流的典型值為：

5*4.7/(4.7+1)/390=10mA。

此時(shí)，三極管CE極的壓降為：

CE極壓降

當(dāng)VBAT>9V時(shí)，VCE=9-5-2=2>0，

所以，在VBAT的全范圍內(nèi)，三極管Q1都可以處于放大狀態(tài)。

即，流過LED的電流不受電池電壓的影響，恒定為10mA左右。

本文來源物聯(lián)網(wǎng)全棧開發(fā)

審核編輯：湯梓紅