加速電容在電路中的作用

在以下電路中，

加速電容的用處

當(dāng)開(kāi)燈信號(hào)時(shí)，(b)燈將比(a)燈更快亮起; 關(guān)燈信號(hào)時(shí)，(b)燈比(a)燈更快熄滅。

(a)電路對(duì)于控制信號(hào)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(hào)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(hào)波形

原理：

對(duì)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(shí)，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(shí)會(huì)在基區(qū)存有電荷，這些電荷只能通過(guò)電阻R1和R緩慢泄放。 基極電荷完全泄放所需的時(shí)間我們稱為三極管的存儲(chǔ)時(shí)間ts，而在存儲(chǔ)時(shí)間ts階段集電極電壓是不會(huì)變化的，所以輸出電壓會(huì)延遲ts時(shí)間才變化。

對(duì)于(b)電路：

三極管加速截止過(guò)程：限流電阻R1兩端并聯(lián)了一個(gè)加速電容C1，輸入高電平時(shí)電容C1充電存儲(chǔ)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(shí)，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(chǔ)電荷的過(guò)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(chǔ)時(shí)間ts，縮短了三極管向截止轉(zhuǎn)換的時(shí)間。

三極管加速導(dǎo)通過(guò)程：接下來(lái)當(dāng)輸入信號(hào)電壓從0V跳變到高電平時(shí)，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(gè)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?gòu)?增大，這樣三極管迅速?gòu)慕刂範(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(shí)間tl(三極管從截止進(jìn)入飽和所需要的時(shí)間)。

三極管維持導(dǎo)通過(guò)程：之后，對(duì)C1的充電很快結(jié)束，這時(shí)輸入信號(hào)電壓通過(guò)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(dòng)

加速電容很小時(shí)其存儲(chǔ)的電荷小，不能完全中和掉基區(qū)的存儲(chǔ)電荷，剩余的電荷通過(guò)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(dòng)

加速電容取值適中，輸出正常。

使用過(guò)大加速電容的三極管驅(qū)動(dòng)

加速電容如果很大存儲(chǔ)時(shí)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(gè)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(shí)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?cè)诨鶚O產(chǎn)生一個(gè)放電電壓，同時(shí)Cbc電容兩端電壓也不能突變，基極的放電電壓會(huì)通過(guò)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(duì)集電極的影響也變小，輸出電壓基本無(wú)過(guò)沖。 如圖(a)。

加速電容變大后，存儲(chǔ)電荷增多了，在基極產(chǎn)生的放電電壓幅值變大，通過(guò)Cbc影響集電極輸出電壓，輸出電壓出現(xiàn)明顯過(guò)沖。 如圖(b)。

根據(jù)上述分析，在晶體管驅(qū)動(dòng)電路中，加速電容如果選擇過(guò)小仍然會(huì)有延遲時(shí)間，如果過(guò)大則會(huì)造成輸出波形出現(xiàn)過(guò)沖，所以電容值應(yīng)該通過(guò)實(shí)測(cè)具體電路的輸出波形來(lái)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。