1 前言

最近在兩篇帖子中分別介紹了加速電容在電路中的妙用和加速電容在電路中如何選型。今天硬件花園再來介紹一下，加速電容在電路中的應用都有哪些。

加速電容主要應用在數字量輸出電路、示波器探頭、直流電機控制電路。

2 數字量輸出電路

在工業現場往往需要使用數字量信號來驅動外部的執行機構、顯示燈等負載，采用不同的輸出器件可以使數字量輸出信號具有不同的輸出形式，如繼電器輸出、可控硅輸出和三極管輸出等，其中三極管輸出電路應用最為廣泛，下面以三極管輸出電路為例說明加速電容在數字量輸出電路中的應用。

根據應用場合不同又可以分為低速數字量輸出電路和高速數字量輸出電路。，如圖4.1(a)所示為低速數字量輸出電路，電路采用了集電極開漏結構，根據各種應用可以外接不同類型的負載，R3為三極管基極的限流電阻，根據2.2節內容可得輸出信號會受到三極管存儲時間影響。在Ui輸入幅值3.3V頻率200k的方波，外接510歐姆的純電阻負載，Uo端得到的輸出波形如圖4.1(b)所示，測量存儲時間ts1=1.6μs，當輸入波形從高電平變為低電平時，輸出波形會延遲1.6μs才開始變化，因此對于高速信號或者對波形延遲參數要求很高的負載，該電路并不適用。

如圖4.2(a)所示為高速數字量輸出電路，其和低速數字量輸出電路相比多了一個加速電容C1，根據2.2節內容可得電容C1可以減小三極管的存儲時間，在Ui輸入幅值3.3V頻率200k的方波，外接510歐姆的純電阻負載，Uo端得到的輸出波形如圖4.2(b)所示，存儲時間ts1=0，輸出波形幾乎沒有延遲，如果不考慮輸出信號邊沿速率，該電路可以適用于一般的高速應用場合。

3 示波器探頭

示波器探頭一般都有×1檔和×10檔兩個量程，如圖4.3(a)所示為探頭簡化示意圖，選擇×1檔時輸入信號未經衰減直接進入示波器，選擇×10檔時輸入信號經過R1和R2的分壓衰減10倍后再進入示波器。

從上圖可以看出，×1檔的輸入電容為Cx+C2，輸入示波器信號的邊沿速率會因Cx和C2充放電過程而變緩慢，×10檔增加了C1加速電容，根據2.1節阻容負載加速電容的原理，C1消除了輸入電容的充放電影響，加快了輸入信號的邊沿速率，因此在測量高速信號時應該選擇×10檔。選擇×10檔時，為了確保輸入示波器波形不失真，根據3.1節阻容負載加速電容選型要求應該使得電阻分壓值和電容分壓值滿足如下表達式：

由于不同示波器的輸入電容C2存在差異，探頭制造廠商為了滿足不同輸入電容的要求，在探頭內部加入了一個可調電容Cx，在使用×10檔測量信號前，必須先校準探頭，調節Cx滿足表達式4，×1檔沒有加速電容不存在加速電容導致的波形失真問題，所以在使用×1檔時不需要校準探頭。如圖4.3(b)所示，示波器面板有一個標準方波輸出端口，通過探頭測試標準方波，同時使用螺絲刀調節探頭末段的微調電容Cx，觀測示波器輸出波形，當觀測的波形為圖4.4(a)所示的標準方波時，探頭校準完畢。

4直流電機控制電路

直流電機控制系統中經常使用H橋電路，H橋接法很多，圖4.5為其中一種電路接法（省略了邏輯控制電路和PWM發生電路），該電路在CD機中被廣泛應用。圖4.5中的H橋電路通過控制U1和U2實現電機的正反轉功能，當U1為高電平U2為低電平時，Q1和Q4關斷，Q2和Q3導通，驅動電流從+5V流出到Q2經電機再到Q3最后流入地，電機正轉；當U2為高電平U1為低電平時，Q1和Q4導通，Q2和Q3關斷，驅動電流從+5V電源流出經Q1到電機再到Q4后流入地，電機反轉。

通過在U1和U2輸入PWM可以實現電機轉速的控制。以正轉為例，U2輸入低電平，U1輸入PWM信號，通過調整輸入信號的占空比控制電機驅動回路平均電流大小實現轉速調節功能。根據2.2節晶體管驅動電路的加速電容原理，如果不接加速電容C1和C2，由于三極管存儲時間的影響，U1輸入信號的占空比和Uo輸出信號的占空比會存在差異，使用電阻代替直流電機負載，在U1輸入50%占空比信號，測試Uo在無加速電容和有加速電容情況下的輸出波形如圖4.6所示。

從上圖可得，無加速電容高電平時間為th1=5.7μs，占空比為：

有加速電容的高電平時間為：th2=5.02μs，占空比變為：

通過上面的計算可得，加速電容幾乎消除了三極管存儲時間的影響，使輸出信號的占空比更接近輸入信號，對于一些需要較高頻率PWM信號驅動的電機，使用加速電容可以實現對轉速更精確的控制。

審核編輯：湯梓紅