RC延时电路(笔记)

图一

       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。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。

图二 

        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 

        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。带入R1C1得到延时时间,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。

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。

### RC延时电路的工作原理 RC延时电路通过电阻(R)和电容(C)组合实现时间延迟功能。当电源接通瞬间,电流会立即流过电阻并开始给电容器充电,在这个过程中电压逐渐上升直到达到稳定状态。由于电容器两端建立电压需要一定的时间,因此可以利用这一特性来控制开关动作或其他定时操作。 对于简单的RC延时电路而言,其产生的延时时长可以通过下面的公式近似估算: \[ T = R \times C \] 其中\(T\)表示延时时间(单位:秒),而\(R\)代表电阻值(单位转换成欧姆\(\Omega\))、\(C\)则指代电容量(单位转换单位为法拉F)[^1]。 例如,如果选取 \(R_1=10kΩ\) 和 \(C_1=0.1μF\) 的元件,则该电路能够提供大约 1 毫秒(ms) 的延时效果。 ### 应用场景 这种类型的电路广泛应用于各种电子设备之中,尤其是在那些对精度要求不是特别高的场合下非常实用。具体来说有以下几个方面: - **去抖动处理**:用于消除机械按键按下释放过程中的瞬态噪声干扰; - **定时器/计数器**:作为简单的时间间隔发生装置; - **脉冲展宽**:增加信号持续期以便更好地触发后续逻辑单元; - **软启动保护机制**:防止电力供应突然变化引起负载冲击损害元器件。 ```python import numpy as np from matplotlib import pyplot as plt def rc_time_constant(r, c): """Calculate the time constant of an RC circuit.""" tau = r * c return tau r_values = [1e3, 10e3, 100e3] # Resistance values in Ohm c_value = 0.1e-6 # Capacitance value in Farad for r in r_values: t = rc_time_constant(r=r, c=c_value) print(f"For R={int(r)}Ohm and C={c_value}F, Time Constant is {t:.2f}s") time_points = np.linspace(0, max([rc_time_constant(r=x,c=c_value) for x in r_values])*3 , num=400) plt.figure(figsize=(8,5)) for r in r_values: vc = 1 - np.exp(-time_points/(r*c_value)) label=f'R={int(r)}Ω' plt.plot(time_points*1000,vc,label=label) plt.title('Voltage across capacitor over time') plt.xlabel('Time (ms)') plt.ylabel('Capacitor Voltage Normalized to Supply Voltage ') plt.legend() plt.grid(True) plt.show() ```
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