晶体管延迟

电器工程 晶体管 电容器 延迟
2022-01-21 20:52:36

我正在尝试为冰箱发出警报,这样如果门保持打开状态,大约 1 分钟后,警报就会响起。

我有一些类似于下面的示意图。当开关打开时,电容器开始通过晶体管的基极放电,但我将 LED 与晶体管并联,因此当电容器放电时,LED 会亮起。这工作正常,但是我不能让延迟足够长。如果我增加电容器值或晶体管基极电阻,延迟时间会更长,但是由于电容器放电速度较慢,LED/警报逐渐消失,我并不真正想要。我希望警报/LED 尽可能突然亮起。

在此处输入图像描述

有没有办法让我增加延迟但保持警报相对突然打开?

作为脚注,我不想使用任何 IC(即 555 定时器)

4个回答

您直接从电池为电容器充电。所以充电时间与产品RC有关,其中R只是电池的内阻。

尝试这样的事情:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

在这里,我已经拆分了基极电阻,以便电容器通过它的大部分充电。

这不仅实现了减慢电阻充电的目标,而且还有另一个好处。当开关被释放时,C1 仅通过一个 1K 的电阻向晶体管的基极放电,从而产生比充电快得多的放电。我们不能把那个电阻做得太小,因为我们需要保护晶体管的 BE 结免受放电电流的影响。

在模拟中,LED 电流在 1.5 秒左右开始建立,并在 1.8 秒左右达到最大值。因此,这显然不是突然开启的。但开启会随着更快的延迟而增加。

为了更快地开启,我们需要添加另一个晶体管级。下面的电路与上面的电路具有相似的时间延迟,但 LED 电流上升更快,超过 70 ms 左右。

示意图

模拟这个电路

对于快速开启的较长时间,我们需要更多增益。一种方法是用有源负载替换负载电阻。根据该电路的 LTSpice 仿真,它会产生 55 秒的延迟,此时 LED 在大约四分之一秒的时间间隔内斜升。该图显示了电容器充电(蓝色)与 LED 电流(绿色)的关系:

在此处输入图像描述

但是,它比一些基于 IC 的解决方案变得更加复杂。这种方法有利于满足业余爱好者的自我。(“我用分立元件做的,这些都不是易于使用的运算放大器或定时器 IC,看,甚至还有电流镜之类的东西!”)。

示意图

模拟这个电路

我们可以做一些小的改变,这样我们就不需要巨大的充电电阻,而可以使用更小的电容吗?是的!这是一种方法。我们可以通过在发射极中放置一个齐纳二极管(例如 8.2V)来提高晶体管 Q1,以便在基极有更高的开启电压。然后一个 100K 的充电电阻和一个 470uF 的电容给了我们一分钟多一点的时间。通过提高电容器必须产生的电压,我们可以获得相同 RC 值的更大延迟。

示意图

模拟这个电路

要么增加已经变得有点大的电容器,要么减少晶体管的基极电流。第二种选择可以通过将 BC547 更改为 BC516(所谓的“达林顿对”)并将 33k 电阻增加到 1M 来实现。这将增加超时。

您提到的另一个问题,缓慢衰减,最好用施密特触发器解决。

对于像这样的长时间超时,其他解决方案更适合,但您必须转向 IC 以降低复杂性。

为了使 LED 更清晰地开启,您需要增加电路的增益。对于那些使用 IC 的人来说,比较器电路将用于将电容器电压与参考电平进行比较。一旦超过阈值,比较器的非常高增益将导致输出快速变化并点亮警报 LED。

由于您想使用更简单的离散元件,因此增加电路增益的下一个最简单方法是将两个 NPN 晶体管连接成达林顿配置。达林顿电路不会使输出晶体管完全饱和,因此您必须调整与 LED 串联的电阻器以实现相同的 LED 亮度。

一会儿我给你贴一张修改过的图片。

如果您使用 MOSFET 并将电阻器从栅极放置到地

  • MOSFET 栅极根本不消耗电流(您可以检测到)

  • 电压衰减时间常数现在完全基于 RC。

  • 当 Vcap 下降到接近 MOSFET Vgs_threshold 时发生关断。
    (学习更多有用的东西:-))。

确保 MOSFET Vgs_max > 12V。许多约为20V。有些较低。

请注意,对于较大的 R 放电值,1000 uF 电容的电容器泄漏可能很重要。

然而,一个 10 uF 的钽电容和一个 1M 的电阻器具有 10 秒的时间常数,因此可能会产生 20 多秒的延迟。一个 47 uF 电解帽和 1M 可以工作。

如果 IC 是可以接受的,那么您会喜欢在自振荡模式下使用 CD 4060所能达到的效果- 参见图 12。