圖一是最簡單的RC延時電路,目的是延時點亮LED。R1給C1充電,等電容電壓到達三極管基極導通電壓大概0.7V時,三極管開通,LED點亮,二極管D1是讓C1可以快速放電的作用。
延時時間 ,其中V1為電源電壓,V0為電容初始時刻電壓,Vt為t時刻電容電壓。在這個電路里,V1=5V,V0=0V,Vt=0.7V。延時大概1.5S。 電路雖然結構簡單,但是要實現較大的延時就要選用大容量的電容,而且充電電阻R1不能太大,否則三極管不能處于開關狀態。
圖一
圖二 再看圖二,主要是多加了一個2.7V的穩壓二極管D2,這時候情況就有所改觀。可以看到,令三極管開通的電容電壓提高了2.7V,也就是說Vt=0.7+2.7=3.4V。代入公式算得延時t=5.7S。 圖二中R3電阻是為了把穩壓二極管的反向漏電流導走,防止充電過程中三極管微導通。
圖三 最后看圖三,為了提高延時精度,使用了電壓比較器。電容電壓作為反相端輸入,R3和R2對電源的分壓作為同相端輸入。初始狀態時,V+ > V- ,比較器輸出高電平,LED不亮;當電容電壓升高到Vt時,V- > V+ ,比較器輸出低電平,LED被點亮。 R5是正反饋電阻,可以有效消除輸出抖動。要算出延時時間就要先算出Vt,初始狀態下,比較器輸出高電平,R5相當于與R3并聯,于是算出。
這里分壓電阻R3和R2采用了特殊的比值,使得取ln剛好為1,這樣延時時間僅僅由R1和C1來決定,給計算帶來了簡便,同時與電源電壓V1也沒有任何關系。這個電路可以用在延時精度較高的場合。RC延時電路計算詳解
簡易RC延時電路
RC延時原理:
如圖,3.3V電源通過R1之后會給C1充電,A點的電壓會從0開始升高,對于后續電路來講,A點升高到后續電路所需有效電壓的時間t就可以認為是延時的時間。
計算RC延時電路的時間常數
在電路設計時,不需要太精確時,RC延時電路所產生的時間延時,直接使用RC來計算即可,例如圖中R1=10K,C1=0.1uf。R*C=1ms。注意RC中R化為歐姆(Ω),C化為法拉(F)。之后乘積為秒(s)
如上圖所示,如通過實驗的方法繪出電容的充放電曲線,在起點處做一條充放電切線,則切線與橫軸的交點就是時間常數RC。
計算RC延時電路延時時間
RC延時的過程就是電容C充電的過程,這就用到電容充放電公式:
Vt=V0+(V1-V0)* [1-exp(-t/RC)]
V0 為電容上的初始電壓值,V1 為電容最終可充到或放到的電壓值,Vt為t時刻電容上的電壓值。
例如電壓為E的電容通過阻值為R的電阻向初值為0的電容C充電,則此時V0=0,V1=E,經過t時刻電容上的電壓為:Vt=E*[1-exp(-t/RC)]。
如果是放電過程,初始電壓為E的電容通過阻值為R的電阻放電,對照公式V0=E,V1=0,故放到t時刻電容上的電壓為:Vt=E*exp(-t/RC)。
對于上圖來講,V0=0,V1=3.3V,RC=1ms。所以Vt=3.3*[1-exp(-t/1ms)]。如果對于后續電路,需要A點升到1.5V。則可計算出t這個延時時間。
又或者我們想要延時3ms的時間,確定延時時間后,我們通過配置電源,電阻和電容這三個可變量中的任意兩個,就可以計算RC電路中另外一個的參數。
優缺點
RC延時電路簡易實用,成本低。但是只適合不精確場景下的短暫延時。根據原理來講,受限于電容的存儲容量,無法實現長時間延時。實際使用中若需要延時時間較長,且需要具有一定準確的場合,可以選用時間繼電器。
自動控制中,常用RC和繼電器,開關組合成緩放緩吸或者緩慢釋放,快速吸合等不同功能的電路??傊鶕嶋H使用場景和功能,又或是實際設計時的需求,選用合適的延時電路即可。
審核編輯:黃飛
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原文標題:RC延時電路計算公式
文章出處:【微信號:mcu168,微信公眾號:硬件攻城獅】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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