电容器在RC延时电路中的作用

说到电容器,应该是全民皆知的器件了。它在电子技术领域有着许多重要的应用,无论是“超级电容”还是“固态电容”,本职工作依然离不开充电、放电以及存储电量。但当它与电阻器或者电感器搭配使用时,又会衍生出许多新功能,其中一种就是我们熟知的rc延时电路。先来看看下面的电路:
原理分析
该电路中,我添加了tp3、tp4和tp5作为测试点,方便用示波器来测量数据验证结论。这是一个上电延时电路,元件q1(mosfet)控制着24v电源的开关状态;电阻器r19与r20组成的分压电路限制着q1的栅极(g)电压(约20v);此时的电容器bc17扮演着两个角色:交流导通与延时控制。
交流导通
在系统上电启动瞬间,q1由于是p-mosfet(栅极低电平导通型,反之则是n-mosfet), 根据电容器两端抑制电压突变的特性(交流导通) ,上电瞬间bc17两端的电压均为24v,tp5的电压也是24v,因此q1处于关闭状态,测试点tp4的电压为0;
延时控制
由于上电的瞬间tp5电压达到了24v,电阻器r19的另一端接地,因此给bc17与r19所组成的rc延时电路提供了放电路径,制造出了一个约为540ms的mosfet关闭时间。用示波器的三路探头分别接上tp3、tp4和tp5,可测得如下波形:
黄色信号(tp5)在上电之后约经过了540ms之后,红色信号(tp4)代表的mosfet开始导通,状态变成了高电平。此时可以看到tp5的电平从上升到最高点的时候就开始缓慢下降,当电平到达21v左右,tp4的电平才开始上升,即q1开关打开。
mosfet
为什么会是21v呢?这是由mosfet的导通阀值所决定的,而r19与r20组成的电压偏置电路则是为了设定这个阀值存在的。mosfet的相关规格可以从数据手册里查到:
红色方框部分则是源极(s)与栅极(g)之间的导通阀值电压,其最大值不超过2.4v;刚才示波器所测得的v(gs)约为3v,足以保证mosfet的导通。
无延时验证
最后我们需要做一个验证,即取消掉电容器bc17,用以证明其在延时电路中的地位。我们直接从原理图上面可以看出,没有了电容器的作用,系统在上电之后,24v直接是通过r19与r20的偏置而打开q1,完全没有了先前的延时效果。
通过上述的对比验证,可以得知电容器在该延时电路中的核心地位, 通过rc电路制造出540ms的延时,有效抑制了由开关抖动等原因引起的干扰和冲击,保护了后端的电路 。

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