（电路设计）短路保护电路+电容ESR测量表电路

（电路设计）短路保护电路

短路是两个给负载供电的引脚间的无意连接。在交流和直流

电路中都会发生，如果是交流的话短路会影响一整个区域的供电，

但从供电站到房屋内有许多级的保险丝和过载保护电路。如果是

电池这样的直流源，则短路会使电池过热，且电池放电会更快。

某些极端情况下电池其至会爆炸。有多种电路来避免短路，也有

许多种保险丝来应对过载保护。

本例我们来设计并学习一种简单的低压直流短路保护电路。

该电路的作用是为了让微控电路更加安全的运行，并保护其免受

电路其它部分的影响。

所需元器件

SK100BPNP三极管x1

BC547BNPN三极管x1

1kO电阻x1

10kQ电阻x1

330。电阻x1

470Q电阻x1

6V直流电源x1

SK100BPNP三极管

三极管凸起处的为射极，中间为基极,最后是基极。

BC547BNPN三极管

短路保护电路

最常见的短路就是电池的正负引脚用一个低阻值的导体连

接，比如导线等。这种情况下电池可能会起火甚至会爆炸。许多

手机电池起火往往是这样发生的。

为了避免短路，我们需要加入短路保护电路。短路保护电路

会分流一部分电流或力断电路与电源间的连接。

有时候我们使用一些有故障的家用电器比如烤箱，熨斗时会

出现断电或火花。这是因为电路某处电流过大，这可能会导致漏

电或起火等。为了避免这样的损失，我们常用保险丝或断路器。

短路情况下保险丝或电路器会将房屋电源切断。熔丝断路器电路

也是一种短路保护电路，其中低阻值的导线会在大电流下熔断，

从而切断供电。

电路图

短路保护电路的工作原理

以上短路保护电路由两个三极管电路组成，一个是BC547

NPN三极管的电路，一个是SK100BPNP三极管的电路。电源

输入为5V的直流电源，既可以用电池也可以用变压器实现。

电路的工作原因很简单,当绿色LED灯D1亮起,意味着电

路正常工作且无损坏风险。红色LED灯D2亮起时则意味着有短

路发生。

当电源打开的时候，三极管Q1偏置导通，LED灯D1亮起。

这段时间内因为没有短路所以红色LED灯D2关闭。

绿色LED灯D1的亮起同样意味着电源电压与输出电压近乎

相等。

仿真电路中我们利用输出端的一个开关创造一次"短路〃。当

短路发生时，输出电狂跌至0V,Q1基极电压为0V所以不再导

通。三极管Q2的集极电压同样跌至0V也不再导通。

所以现在电流开始沿着短路路径（穿过开关）传输，流经红

色LED灯D2至地。而此时D2因为正向偏置所以开始导通，LED

亮起提示短路，且电流被转向D2,而非损害整个电路。

（电路设计）电容ESR测量表电路

电容正常运作时是毫无问题的，但有时会遇上电源故障或无

法正常运转的问题。如果这个问题是噪声，那么有个简单的解决

办法，只需加入更多的电容即可。但如果这样也无法解决，究竟

是哪出错了呢？

问题的根源就在于我们理所当然地将电容看为了理想设备，

但它们并非如此。这些非预期的结果都是因为内部电阻，或者称

为等效串联电阻（ESR）。因为其内部构造的材料，电容拥有有

限的内部阻值。同样的还有等效电感（ESL）。

不同种类的电容有着不同的ESR范围。比如电解电容一般比

陶瓷电容的ESR要高。如今许多应用中，得到电容的等效电阻也

成了重要的设计因素之一。本次我们将用555定时器和三极管来

测量电容的ESR。

电容ESR测量

ESR测量看起来很简单，施加恒定电流并测量设备的压降可

以计算出阻值。

如果我们将恒定电流施加到电容上呢？电压线性增加，最后

定值到输入电压，这样的值对计算ESR是毫无用处的。

这时候我们要想一下我们在学校里听到的一句话，电容隔直

流通交流〃

简化后我们可以将电容理解为高频下的短路，其容性部分从

电路中切断，而剩下的电压则施加在内部电阻上。

这一方法的优势在于如果我们知道信号源内阻时，就不需要

了解电流值为多少，因为ESR和信号源内阻组成了分压器，其阻

值比例及电压比例，知道其中三个参数就可以知道剩下的一个参

数。

我们用示波器来测量输入和电容上的波形。

所需元器件

示波器端

555定时器一一CMOS和三极管的都可以，但高频的话建议

用CMOS。

10OkQ电位计——用于调整频率

1nF电容——控制时间

10uF陶瓷电容——去耦

功率级：

BC548NPN三极管

BC558PNP三极管

在选择三极管的时候需要注意一一任何高增益的小信号三

极管并能承受大电流（50mA以上）都可以。

560Q

47嗨出电阻一可以选取10C®」100（X5围内的电阻

电路图

<

n

m

ESR测量电路可以被分为两个部分，555定时器和输出级。

1.555定时器555定时器是一个传统的非稳态多谐振荡器，

可以产生几百kHz的方波。这个频率下，近乎所有电容都等同于

短路。而100kQfi勺电位计可以让我们在电容上得到尽可能低的电

压值。

2.功率级我们可以将电容直接与555定时器相连，但那样的

话我们就必须知道精确的输出阻抗。

为了解决这一问题，这里我们采用一个推挽输出级与一个串

联电阻。该电阻来提供输出阻抗。以下是这个ESR测量电路的实

物图。

电容ESR的计算

从分压器等式我们可以得到以下等式：ESR=(VCAP•

ROUTPUT)/(VOUTPUT-VCA