RC延迟电路

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在电子电路中,有时根据需要,要求加上信号电压以后,延长一段时间再有反应。这可使用“RC延迟电路”。这种电路在实际的控制线路中有许多用途。我们现在谈一谈RC电路是怎样完成延迟效应的。

图1
图1 🔍原图 (263×241)

图1是简单的RC延迟电路。当在时间t=0时,突然在1,2两端加上一直流电压E。在这个时间以前没有电压加在这个电路上,所以也没有电流,在电容器上没有电荷储存,所以电容器C两端的电压亦等于零。加上电压E以后,在极短的时间内,储存在电容器上的电荷仍近于零,故两端电压亦近于零。根据欧姆定律,流经电阻R的电流i=\(\frac{E}{R}\)(安)。在极短的时间Δt内,注入电容器的电荷是

q\(_{1}\)=\(\frac{E}{R}\)Δt(库)

其结果,C两端的电压是q\(_{1}\)/C(伏),这时R两端的电压不再是E而是E-q1/C了。从而流经电阻R的电流是

\(\frac{E-q}{_{1}}\)/CR=E;R-q1CR

比原来减少了q\(_{1}\)/CR(见图2b)。在第 2个Δt时间内充入电容器的电荷是(见图2c)

q\(_{2}\)=E-q1/CR·Δt

图2
图2 🔍原图 (863×846)

C两端的电压又开高q\(_{2}\)/C,R两端的电压又减小,从而其中的电流又减少了一些。随着时间的推移, R中的电流逐渐减小,C两端的电压逐渐增大,电流及电容两端的电压的变化情形如图3。从图3中可以看出,在RC电路加上电压以后,电容器两端的电压不能马上升到输入电压值,经过一段时间以后,才能升到输入值。电容两端电压上升的快慢和电容器充电速度有关系。电容器充电速度和流过电阻的电流大小有关系,从而和电阻的大小有关系。电阻阻值愈大,电流也就愈小,充电速度也就愈慢,电容两端电压上升的也就愈慢。另外,我们用同样大小的电压,对两个容量不同的电容器充电时,容量大的电容器上的电荷比容量小的电荷多,换言之,用同等大小的电流对两个不同容量的电容器充电时,为充到相同电压所费的时间不一样,容量大的时间长,容量小的时间短。也就是说,容量愈大,电容两端的电压上升得也愈慢。根据以上讨论,电容两端电压上升的快慢和电阻、电容的大小有关系,换句话说,与R(欧)和C(法)的乘积有关系。乘积RC是决定电容两端电压的量,它的单位是秒,从理论分析知道,乘积RC所代表的时间恰是电容两端电压上升到输入电压的63.2%所需的时间;上升到输入电压90%所需的时间是2.303RC。乘积RC是RC电路的很重要的一个量,叫做时间常数。本期“半导体管时间继电器”一文中的电路就是利用RC延迟特性工作的。R1及C就是一个RC延迟电路。它的最大时间常数是R\(_{1}\)(470KΩ)×C(50μF)=0.47×10\(^{6}\)×50×10-6=23.5秒。电容两端的电压升到输入电压90%所需的时间是23.5×2.303=54秒。从这一简单的计算就可以看出;如果知道电路的时间常数,就可知道时间延迟的大致情形了。(木公)