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电子知识

时间被电容器掌控,MOS管又该如何扮演角色?

作者:立深鑫        发布时间:01-25        点击:
摘要 : 说到电容器,应该是全民皆知的器件了。它在电子技术领域有着许多重要的应用,无论是“超级电容”还是“固态电容”,本职工作依然离不开充电、放电以及存储电量。但当它与电阻器或者电感器搭配使用时,又会衍生出许多新功能,其中一种就是我们熟知的RC延时电路。
说到电容器,应该是全民皆知的器件了。它在电子技术领域有着许多重要的应用,无论是“超级电容”还是“固态电容”,本职工作依然离不开充电、放电以及存储电量。但当它与电阻器或者电感器搭配使用时,又会衍生出许多新功能,其中一种就是我们熟知的RC延时电路。先来看看下面的电路:

MOS管电路

原理分析

该电路中,我添加了TP3、TP4和TP5作为测试点,方便用示波器来测量数据验证结论。这是一个上电延时电路,元件Q1(MOSFET)控制着24V电源的开关状态;电阻器R19与R20组成的分压电路限制着Q1的栅极(G)电压(约20V);此时的电容器BC17扮演着两个角色:交流导通与延时控制。

交流导通

在系统上电启动瞬间,Q1由于是P-MOSFET(栅极低电平导通型,反之则是N-MOSFET),根据电容器两端抑制电压突变的特性(交流导通),上电瞬间BC17两端的电压均为24V,TP5的电压也是24V,因此Q1处于关闭状态,测试点TP4的电压为0;

延时控制

由于上电的瞬间TP5电压达到了24V,电阻器R19的另一端接地,因此给BC17与R19所组成的RC延时电路提供了放电路径,制造出了一个约为540ms的MOSFET关闭时间。用示波器的三路探头分别接上TP3、TP4和TP5,可测得如下波形:


MOS管电路

黄色信号(TP5)在上电之后约经过了540ms之后,红色信号(TP4)代表的MOSFET开始导通,状态变成了高电平。此时可以看到TP5的电平从上升到最高点的时候就开始缓慢下降,当电平到达21V左右,TP4的电平才开始上升,即Q1开关打开。

MOSFET

为什么会是21V呢?这是由MOSFET的导通阀值所决定的,而R19与R20组成的电压偏置电路则是为了设定这个阀值存在的。MOSFET的相关规格可以从数据手册里查到:


MOS管

红色方框部分则是源极(S)与栅极(G)之间的导通阀值电压,其最大值不超过2.4V;刚才示波器所测得的V(GS)约为3V,足以保证MOSFET的导通。

无延时验证

最后我们需要做一个验证,即取消掉电容器BC17,用以证明其在延时电路中的地位。我们直接从原理图上面可以看出,没有了电容器的作用,系统在上电之后,24V直接是通过R19与R20的偏置而打开Q1,完全没有了先前的延时效果。


MOS管

通过上述的对比验证,可以得知电容器在该延时电路中的核心地位,通过RC电路制造出540ms的延时,有效抑制了由开关抖动等原因引起的干扰和冲击,保护了后端的电路。