Wie kann ich bewirken, dass ein Schalter andere Schalter parallel "sperrt"?

Wenn ein Schalter schließt, sollte er verhindern, dass die anderen die LED beeinflussen ...

Ich könnte einen Mikrocontroller verwenden, aber wenn es eine einfachere Option gibt, würde ich das bevorzugen. Die anderen Optionen, die mir einfallen, sind Logikgatter, eine Latch-Schaltung oder ein IC.

Welche davon lässt sich konzeptionell am einfachsten umsetzen?

Konzeptionell ist eine Schaltung mit Logikgattern die naheliegendste Lösung. Wenn ein Schalter geschlossen ist, muss er seinen Widerstand einschalten, sofern kein anderer Schalter geschlossen ist. Daher muss jeder Knoten irgendwie erkennen können, dass alle anderen ausgeschaltet sind, bevor er sich einschaltet.

Mit zwei Schaltern ist die Schaltung die gleiche wie bei einem SR-Latch, wird jedoch "invertiert" betrieben: -

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Der Ausgang eines NAND-Gatters geht nur dann auf Low ('Ein'), wenn beide Eingänge High sind, andernfalls ist der Ausgang High ('Aus'). Wenn also in dieser Schaltung beide Pedalschalter ausgeschaltet sind, müssen beide NAND-Ausgänge "aus" sein. Jedes NAND-Gatter überwacht auch den Ausgang des anderen Gatters an seinem zweiten Eingang. Wenn das andere Tor "aus" ist, kann es sich einschalten, aber wenn das andere Tor "ein" ist, kann es nicht.

Wenn ein Gate eingeschaltet ist, zieht es seinen zugehörigen variablen Widerstand auf Low. Die Diode isoliert den Widerstand vom Gate-Ausgang, wenn er hoch ist, sodass nur ein niedriger Ausgang die LED-Helligkeit beeinflusst. Der Gatterausgang könnte verwendet werden, um einen Transistor anzusteuern, wenn das Logikgatter selbst keine ausreichende Ansteuerung liefern kann.

Bei 3 Pedalschaltern muss jedes Gatter zwei andere Ausgänge überwachen, daher sind 3 Eingangs-NAND-Gatter erforderlich: -

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Je mehr Pedalschalter hinzugefügt werden, desto mehr Eingänge benötigen die Gates und die Verkabelung wird komplexer. Standard-TTL/CMOS-Logikgatter sind mit bis zu 8 Eingängen in einem einzigen IC erhältlich. Darüber hinaus müssen Sie mehrere Gatter kombinieren, um jedes NAND herzustellen, und ein PLD (Programmable Logic Device) oder MCU wird attraktiv. Die Verdrahtung komplexer Schaltungen ist mühsam und fehleranfällig, daher würde ich für mehr als 4 Schalter (zwei NAND-ICs mit 4 Eingängen erforderlich) wahrscheinlich eine MCU verwenden.

Dieses Schema verwendet den Unterschied in den Pick-and-Hold-Spannungen der Relais, um das zu tun, was Sie benötigen. Es hat den kleinen Nachteil, dass 2-polige Fußschalter benötigt werden.

DC-Relais ziehen typischerweise bei etwa 2/3 ihrer Spulennennspannung an und bleiben eingeschaltet, bis die Spulenspannung unter 1/3 der Versorgung fällt. (Diese Zahlen sind sehr grob.)

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 1. Relaisverriegelung.

Wie es funktioniert:

• Wenn SW1 gedrückt wird, wird die Spule von RLY1 erregt und die Kontakte schließen. Wenn der Fußschalter losgelassen wird, bleibt die Spule über R1, D1 und den Haltekontakt erregt.
• Wenn SW2 gedrückt wird, zieht RLY2 an. Gleichzeitig wird die gemeinsame Haltespannung mit Masse kurzgeschlossen und RLY1 fällt ab.
• Der freie Kontakt jedes Relais kann zur Steuerung Ihrer "LED" verwendet werden.
• R1 begrenzt den Strom bei Kurzschluss.
• Die Dioden verhindern eine Rückspeisung auf die Halteschiene.

Der Wert von R1 muss experimentell ermittelt werden. Ein Wert nahe dem Spulenwiderstand sollte Ihnen 1/2 Versorgung auf der Spule geben und dies sollte ausreichend sein.

Die Nennleistung von R1 sollte hoch genug sein, um mit einem Schalter fertig zu werden, der auf unbestimmte Zeit gehalten wird. B. bei einer 12-V-Versorgung,$P = \frac {V^2}{R} = \frac {12^2}{470} = 0.3 \; W$.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Abbildung 2. Durch die Verwendung von Umschaltkontakten versorgt nur der Schalter mit der höchsten Priorität die „LED“-Last, falls mehrere Schalter gedrückt werden.

Wenn Sie nur die Switch-Priorität wünschen, würde Abbildung 3 ausreichen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Abbildung 3. Einfache Switch-Priorität.

Wie wäre es mit:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Dies erfüllt die genannte Anforderung, SW2 wirkungslos zu machen, wenn SW1 bereits geschlossen ist. Und es erzeugt die gleichen LED-Ströme wie Ihr Original, wenn entweder SW1 oder SW2 geschlossen ist. Ich habe den V1-Wert geändert, weil 1 V realistischerweise nicht genug Spannung ist, um eine LED einzuschalten.

Wie Sie es auf mehr als 2 Switches erweitern, hängt von den Details ab, welcher Switch Sie priorisieren möchten.

Sie sollten auch überlegen, was passieren soll, wenn SW1 geschlossen wird und dann SW2 geschlossen wird und dann SW1 geöffnet wird und nur SW2 geschlossen bleibt.

Grundlegende Gestaltung

Ich hätte nie gedacht, dass ich das sagen würde, aber es scheint, dass Sie eine der wenigen Anwendungen gefunden haben, in denen diskrete Diodenlogik nützlich sein könnte ...

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die obige Schaltung bildet ein ODER-Gatter, das nur Dioden verwendet. Wenn man einschaltet, werden dem Widerstand und der LED ungefähr 8,3 V zugeführt. Wenn ein anderer Schalter gedrückt wird, bleibt die Spannung über der LED und dem Widerstand ungefähr gleich, und der Strom wird zwischen den zwei (oder mehr) der Dioden aufgeteilt.

Designprozess:

1. Wählen Sie den gewünschten LED-Strom

2. Bestimmen Sie den Widerstand, der benötigt wird, um die LED mit dem gewünschten Strom zu betreiben:

   $$R = \frac{9-V_D-V_{LED}}{I_{LED}}$$ Wo$V_D$ist der Durchlassspannungsabfall über einer Diode,$V_{LED}$ist der Spannungsabfall über der LED, und$I_{LED}$der gewünschte Betriebsstrom ist.

Hinzufügen von Ballastwiderständen

Wenn die Helligkeit der LED stark variiert, wenn verschiedene Schalterkombinationen gedrückt werden, versuchen Sie, einen kleinen Widerstand (weniger als 100 Ohm) in Reihe mit jeder Diode hinzuzufügen. Diese Widerstände helfen dabei, den Strom über jede Diode auszugleichen, können aber auch eine größere Änderung des Stroms über der LED verursachen.

Hinzufügen eines Stromspiegels

Wenn alles andere fehlschlägt, sollten Sie die LED mit einem Stromspiegel ansteuern. Der Stromspiegel verhindert, dass Schwankungen der Diodenspannungen den LED-Treiberstrom verändern.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Ein paar Vorbehalte:

• Diese Schaltung hat einen erheblichen Ruhestrom (im Beispiel 20 mA), selbst wenn alle Schalter ausgeschaltet sind.
• Abhängig vom Treiberstrom ist der 2N3904 möglicherweise nicht der Aufgabe gewachsen. Der PN2222A wäre wahrscheinlich die bessere Wahl.
• Selbst bei 47-Ohm-Ballastwiderständen (R2 und R3) bedeutet eine schlechte Transistoranpassung, dass der Treiberstrom mehrere Milliampere über oder unter dem gewünschten Wert liegen kann. Das spielt in deinem Fall wahrscheinlich keine Rolle.