在不同颜色间转换的电压指示器

本设计实例介绍了两个版本的指示灯电路，当电池放电时它能从绿色改变到红色。虽然有许多电路可以完成这类任务，但一般的电路都太过复杂， 而且成本高。本设计实例所述的方法使用了数量绝对最少的低成本器件：1个双色LED和4个其他元件。

图1显示的是最简单的版本。当B+ 端是9 V 时， 仅绿色LED 会被点亮，因为Q1基极电压是1.58V，发射极电压是二极管电压VD(典型值为1.8V)，这使得Q1处于关断状态。随着电池电压的下降，D2两端的电压几乎保持不变，但基极电压会逐渐下降到Q1开始导通的值。此时电流将分流进D1—红色LED，并且接收到的电流会越来越大，直到所有电流流向红色LED。


图1：基本的电压/电池监视电路。

对于典型的双色LED来说，正向电压差为0.25V，这也是从绿色到红色的转换电压。导致颜色完全改变的B+端电压变化等于0.25V乘以R1和R2的分压值：

0.25V×[1+(R1/R2)]

这个转换的中心电压是VD-VBE，约为1.2V(VD随温度的大多数变化也要减去)。考虑各种因素，B+端电压从7.1V变到5.8V时将导致LED从绿色变到红色。

不同的LED 组合具有不同的压差，而这个压差有可能不足以实现完整的颜色转换，但通过给D2串联一个二极管，这个设计仍然可以使用。

图2用一个齐纳二极管代替了R1，创建了一个转换窄得多的电路。这个电路不再有分压效应。B+端0.25V的变化就会改变LED颜色。转换点是1.2V+VZ(对于图中所示器件约为7.2V)。


图2：基于齐纳管的电路。

这个电路的缺点是受限于标准的齐纳管电压。实际的低压齐纳管可能具有很软的拐点， 因此情况更加复杂，很难预测这个电路在小电流时VZ会是多少。避免这个问题的变通方法是给齐纳管串联一个电阻，从而允许对电压进行一定程度的调整，代价是转换电压会高一些。

图中所示的电阻值会产生1mA的漏电流。对于高亮度LED来说，室内使用是足够了。但如果使用的是9V电池，那么即使是这个小电流也很显著，因此需要考虑在额外电流与不需要时单元电路仍然工作的风险之间进行折衷(如果是为了体会这种电压监视器的用途而忘了关断电路，通常只需要更换一次电池)。

这种方法也能在过高电压下完成绿色到红色的转换，只需将Q1换成NPN(并且交换发射极和集电极)。用NPN和PNP都可以创建一个窗口比较器。

考虑到图1电路相对宽范围的转换，它最适合9V电池采用，但图2所示电路经过适当改造可以适合其他电压。