简易RC延时电路设计及原理分享

图一是最简单的rc延时电路,目的是延时点亮led。r1给c1充电,等电容电压到达三极管基极导通电压大概0.7v时,三极管开通,led点亮,二极管d1是让c1可以快速放电的作用。
延时时间 ,其中v1为电源电压,v0为电容初始时刻电压,vt为t时刻电容电压。在这个电路里,v1=5v,v0=0v,vt=0.7v。延时大概1.5s。 电路虽然结构简单,但是要实现较大的延时就要选用大容量的电容,而且充电电阻r1不能太大,否则三极管不能处于开关状态。
图一
图二 再看图二,主要是多加了一个2.7v的稳压二极管d2,这时候情况就有所改观。可以看到,令三极管开通的电容电压提高了2.7v,也就是说vt=0.7+2.7=3.4v。代入公式算得延时t=5.7s。 图二中r3电阻是为了把稳压二极管的反向漏电流导走,防止充电过程中三极管微导通。
图三 最后看图三,为了提高延时精度,使用了电压比较器。电容电压作为反相端输入,r3和r2对电源的分压作为同相端输入。初始状态时,v+ > v- ,比较器输出高电平,led不亮;当电容电压升高到vt时,v- > v+ ,比较器输出低电平,led被点亮。 r5是正反馈电阻,可以有效消除输出抖动。要算出延时时间就要先算出vt,初始状态下,比较器输出高电平,r5相当于与r3并联,于是算出。
这里分压电阻r3和r2采用了特殊的比值,使得取ln刚好为1,这样延时时间仅仅由r1和c1来决定,给计算带来了简便,同时与电源电压v1也没有任何关系。这个电路可以用在延时精度较高的场合。rc延时电路计算详解
简易rc延时电路
rc延时原理:
如图,3.3v电源通过r1之后会给c1充电,a点的电压会从0开始升高,对于后续电路来讲,a点升高到后续电路所需有效电压的时间t就可以认为是延时的时间。
计算rc延时电路的时间常数
在电路设计时,不需要太精确时,rc延时电路所产生的时间延时,直接使用rc来计算即可,例如图中r1=10k,c1=0.1uf。r*c=1ms。注意rc中r化为欧姆(ω),c化为法拉(f)。之后乘积为秒(s)
如上图所示,如通过实验的方法绘出电容的充放电曲线,在起点处做一条充放电切线,则切线与横轴的交点就是时间常数rc。
计算rc延时电路延时时间
rc延时的过程就是电容c充电的过程,这就用到电容充放电公式:
vt=v0+(v1-v0)* [1-exp(-t/rc)]
v0 为电容上的初始电压值,v1 为电容最终可充到或放到的电压值,vt为t时刻电容上的电压值。
例如电压为e的电容通过阻值为r的电阻向初值为0的电容c充电,则此时v0=0,v1=e,经过t时刻电容上的电压为:vt=e*[1-exp(-t/rc)]。
如果是放电过程,初始电压为e的电容通过阻值为r的电阻放电,对照公式v0=e,v1=0,故放到t时刻电容上的电压为:vt=e*exp(-t/rc)。
对于上图来讲,v0=0,v1=3.3v,rc=1ms。所以vt=3.3*[1-exp(-t/1ms)]。如果对于后续电路,需要a点升到1.5v。则可计算出t这个延时时间。
又或者我们想要延时3ms的时间,确定延时时间后,我们通过配置电源,电阻和电容这三个可变量中的任意两个,就可以计算rc电路中另外一个的参数。
优缺点
rc延时电路简易实用,成本低。但是只适合不精确场景下的短暂延时。根据原理来讲,受限于电容的存储容量,无法实现长时间延时。实际使用中若需要延时时间较长,且需要具有一定准确的场合,可以选用时间继电器。
自动控制中,常用rc和继电器,开关组合成缓放缓吸或者缓慢释放,快速吸合等不同功能的电路。总之,根据实际使用场景和功能,又或是实际设计时的需求,选用合适的延时电路即可。


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