¿Cómo hago que un interruptor "bloquee" otros interruptores en paralelo?

Cuando un interruptor se cierra, debe evitar que los demás afecten al LED...

Podría usar un microcontrolador, pero si hay una opción más simple, la preferiría. Las otras opciones en las que puedo pensar son puertas lógicas, un circuito de bloqueo o un IC.

¿Cuál de estos es el más fácil de implementar conceptualmente?

Conceptualmente, un circuito que usa puertas lógicas es la solución más obvia. Cuando un interruptor está cerrado, debe cambiar su resistencia a menos que cualquier otro interruptor esté cerrado. Por lo tanto, cada nodo tiene que poder decir de alguna manera que todos los demás están apagados antes de encenderse.

Con dos interruptores, el circuito es el mismo que un cerrojo SR, pero operado 'invertido': -

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La salida de una puerta NAND pasa a nivel bajo ('on') solo cuando ambas entradas son altas, de lo contrario, la salida es alta ('off'). Entonces, en este circuito, cuando ambos interruptores de pedal están apagados, ambas salidas NAND deben estar 'apagadas'. Cada puerta NAND también monitorea la salida de la otra puerta en su segunda entrada. Si la otra puerta está 'apagada', entonces puede 'encenderse', pero si la otra puerta está 'encendida', no puede.

Cuando una puerta está 'encendida', baja su resistencia variable asociada. El diodo aísla la resistencia de la salida de la puerta cuando está alta, por lo que solo la salida baja afecta el brillo del LED. La salida de la compuerta podría usarse para controlar un transistor si la compuerta lógica no puede proporcionar suficiente control por sí misma.

Con 3 interruptores de pedal, cada puerta tiene que monitorear otras dos salidas, por lo que se requieren 3 puertas NAND de entrada: -

^{simular este circuito}

A medida que se agregan más interruptores de pedal, las puertas necesitan más entradas y el cableado se vuelve más complejo. Las puertas lógicas TTL/CMOS estándar están disponibles con hasta 8 entradas en un solo IC. Más allá de esto, debe combinar varias puertas para hacer cada NAND, y un PLD (dispositivo lógico programable) o MCU se vuelve atractivo. El cableado de circuitos complejos es tedioso y propenso a errores, por lo que para más de 4 interruptores (se requieren dos circuitos integrados NAND de 4 entradas), probablemente usaría una MCU.

Este esquema utiliza la diferencia en los voltajes de selección y retención del relé para hacer lo que necesita. Tiene la pequeña desventaja de que se requieren interruptores de pie de 2 polos.

Los relés de CC generalmente seleccionan aproximadamente 2/3 de su voltaje de bobina nominal y permanecerán encendidos hasta que el voltaje de la bobina caiga por debajo de 1/3 del suministro. (Estas cifras son muy aproximadas).

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. Enclavamiento de relés.

Cómo funciona:

• Si se presiona SW1, la bobina de RLY1 se energizará y los contactos se cerrarán. Cuando se suelta el interruptor de pie, la bobina permanecerá energizada a través de R1, D1 y el contacto de retención.
• Si se presiona SW2, RLY2 se conectará. Al mismo tiempo, el suministro de retención común se cortocircuitará a tierra y RLY1 se desconectará.
• El contacto de repuesto de cada relé se puede utilizar para controlar su "LED".
• R1 limita la corriente durante un cortocircuito.
• Los diodos evitan la retroalimentación en el riel de sujeción.

El valor de R1 deberá establecerse mediante un experimento. Un valor cercano a la resistencia de la bobina debería darle 1/2 suministro en la bobina y esto debería ser suficiente.

La clasificación de potencia de R1 debe ser lo suficientemente alta como para hacer frente a un interruptor que se mantiene encendido indefinidamente. por ejemplo, en un suministro de 12 V,$P = \frac {V^2}{R} = \frac {12^2}{470} = 0.3 \; W$.

^{simular este circuito}

Figura 2. Al usar contactos de cambio, solo el interruptor de mayor prioridad alimentará la carga de "LED" en caso de que se presionen varios interruptores.

Si solo desea cambiar la prioridad, la Figura 3 sería suficiente.

^{simular este circuito}

Figura 3. Prioridad de cambio simple.

Qué tal si:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Esto cumple con el requisito establecido de hacer que SW2 no tenga efecto si SW1 ya está cerrado. Y produce las mismas corrientes de LED que su original cuando SW1 o SW2 están cerrados. Cambié el valor de V1 porque 1 V no es realmente suficiente voltaje para encender un LED.

Cómo extenderlo a más de 2 interruptores depende de los detalles de qué interruptor desea tener prioridad.

También debe considerar lo que desea que suceda si se cierra SW1, luego se cierra SW2 y luego se abre SW1, dejando solo SW2 cerrado.

Diseño básico

Nunca pensé que estaría diciendo esto, pero parece que puede haber encontrado una de las pocas aplicaciones en las que la lógica de diodos discretos podría ser útil...

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El circuito anterior forma una puerta OR usando solo diodos. Cuando uno se enciende, se suministran aproximadamente 8,3 V a la resistencia y al LED. Si se presiona otro interruptor, el voltaje a través del LED y la resistencia permanece aproximadamente igual, y la corriente se divide entre los dos (o más) diodos.

Proceso de diseño:

1. Elija la corriente LED deseada

2. Determine la resistencia necesaria para impulsar el LED a la corriente deseada:

   $$R = \frac{9-V_D-V_{LED}}{I_{LED}}$$ dónde$V_D$es la caída de voltaje directo a través de un diodo,$V_{LED}$es la caída de voltaje a través del LED, y$I_{LED}$es la corriente de funcionamiento deseada.

Adición de resistencias de lastre

Si el brillo del LED varía significativamente cuando se presionan diferentes combinaciones de interruptores, intente agregar una pequeña resistencia (menos de 100 ohmios) en serie con cada diodo. Estas resistencias ayudarán a igualar la corriente a través de cada diodo, pero también pueden causar un cambio mayor en la corriente a través del LED.

Agregar un espejo actual

Si todo lo demás falla, considere conducir el LED con un espejo actual. El espejo de corriente evita que las variaciones en los voltajes del diodo cambien la corriente de activación del LED.

^{simular este circuito}

Algunas advertencias:

• Este circuito tiene una corriente de reposo significativa (20 mA en el ejemplo), incluso cuando todos los interruptores están apagados.
• Dependiendo de la corriente de la unidad, es posible que el 2N3904 no esté a la altura de la tarea. El PN2222A probablemente sea una mejor opción.
• Incluso con resistencias de balasto de 47 ohmios (R2 y R3), una mala combinación de transistores significa que la corriente del controlador podría terminar siendo varios miliamperios por encima o por debajo del valor deseado. Esto probablemente no importa en su caso.