在以下電路中,
加速電容的用處
當(dāng)開燈信號時,(b)燈將比(a)燈更快亮起; 關(guān)燈信號時,(b)燈比(a)燈更快熄滅。
(a)電路對于控制信號反應(yīng)存在一定的延遲,當(dāng)增加電容后變成(b)電路,基本能達(dá)到與控制信號同步,實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。
電容C1在這里有加快三極管導(dǎo)通和截止的作用。
(a)、(b)圖輸入輸出波形如下:
輸出信號波形
原理:
對于(a)電路,三極管工作在截止和飽和區(qū),當(dāng)輸入從高電平變?yōu)榈碗娖綍r,三極管從飽和狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變,但是由于三極管內(nèi)部結(jié)電容的原因,飽和時會在基區(qū)存有電荷,這些電荷只能通過電阻R1和R緩慢泄放。 基極電荷完全泄放所需的時間我們稱為三極管的存儲時間ts,而在存儲時間ts階段集電極電壓是不會變化的,所以輸出電壓會延遲ts時間才變化。
對于(b)電路:
三極管加速截止過程:限流電阻R1兩端并聯(lián)了一個加速電容C1,輸入高電平時電容C1充電存儲電荷極性為左正右負(fù),當(dāng)輸入從高電平變?yōu)榈碗娖綍r,由于電容兩端電壓不能突變,加到三極管基極的電壓為負(fù)尖頂脈沖。 由于加到基極的電壓為負(fù),加快了從基區(qū)中和存儲電荷的過程,三極管以更快的速度從飽和轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài),即減少了存儲時間ts,縮短了三極管向截止轉(zhuǎn)換的時間。
三極管加速導(dǎo)通過程:接下來當(dāng)輸入信號電壓從0V跳變到高電平時,由于加速電容兩端的電壓不能突變,加到三極管基極的電壓為一個尖頂脈沖,其電壓幅值最大。 這一尖頂脈沖加到基極,使基極電流迅速從0增大,這樣三極管迅速從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài),加速了三極管的飽和導(dǎo)通,即縮短了三極管飽和導(dǎo)通時間tl(三極管從截止進(jìn)入飽和所需要的時間)。
三極管維持導(dǎo)通過程:之后,對C1的充電很快結(jié)束,這時輸入信號電壓通過電阻R1和R分壓加到基極,維持VT1的飽和導(dǎo)通狀態(tài)。
C1電容多大合適?
使用小加速電容的三極管驅(qū)動
加速電容很小時其存儲的電荷小,不能完全中和掉基區(qū)的存儲電荷,剩余的電荷通過電阻緩慢釋放,仍存在ts,所以輸入輸出之間仍然存在延遲。
使用合適加速電容的三極管驅(qū)動
加速電容取值適中,輸出正常。
使用過大加速電容的三極管驅(qū)動
加速電容如果很大存儲時間基本消除了,但是輸出波形存在嚴(yán)重的下沖。
這是由于三極管的集電極和基極之間存在一個寄生電容Cbc,
三極管內(nèi)部電容影響
不同的三極管Cbc大小存在差異,輸入高電平時加速電容充電,最終在C1兩端產(chǎn)生(Vin-0.7)V的電壓差,當(dāng)從高電平降到低電平的瞬間,由于C1兩端電壓不能突變在基極產(chǎn)生一個放電電壓,同時Cbc電容兩端電壓也不能突變,基極的放電電壓會通過Cbc影響集電極的輸出電壓。
以下表示基極波形與輸出波形的關(guān)系
不同加速電容基極與輸出波形的關(guān)系
加速電容適中,在基極產(chǎn)生的放電電壓幅值變小,對集電極的影響也變小,輸出電壓基本無過沖。 如圖(a)。
加速電容變大后,存儲電荷增多了,在基極產(chǎn)生的放電電壓幅值變大,通過Cbc影響集電極輸出電壓,輸出電壓出現(xiàn)明顯過沖。 如圖(b)。
根據(jù)上述分析,在晶體管驅(qū)動電路中,加速電容如果選擇過小仍然會有延遲時間,如果過大則會造成輸出波形出現(xiàn)過沖,所以電容值應(yīng)該通過實(shí)測具體電路的輸出波形來選擇。
應(yīng)用:
加速電容主要應(yīng)用于輸入輸出之間高速響應(yīng)的電路中如數(shù)字量輸出電路(繼電器輸出、可控硅輸出和三極管輸出等)、示波器探頭、直流電機(jī)控制電路。
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