1 前言 大家好，我是硬件花園！

最近在兩篇帖子中分別介紹了《加速電容在電路中的妙用》和《加速電容在電路中如何選型》。今天硬件花園再來介紹一下，加速電容在電路中的應(yīng)用都有哪些。

加速電容主要應(yīng)用在數(shù)字量輸出電路、示波器探頭、直流電機(jī)控制電路。

2 數(shù)字量輸出電路

在工業(yè)現(xiàn)場往往需要使用數(shù)字量信號(hào)來驅(qū)動(dòng)外部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示燈等負(fù)載，采用不同的輸出器件可以使數(shù)字量輸出信號(hào)具有不同的輸出形式，如繼電器輸出、可控硅輸出和三極管輸出等，其中三極管輸出電路應(yīng)用最為廣泛，下面以三極管輸出電路為例說明加速電容在數(shù)字量輸出電路中的應(yīng)用。

根據(jù)應(yīng)用場合不同又可以分為低速數(shù)字量輸出電路和高速數(shù)字量輸出電路。如圖4.1(a)所示為低速數(shù)字量輸出電路，電路采用了集電極開漏結(jié)構(gòu)，根據(jù)各種應(yīng)用可以外接不同類型的負(fù)載，R3為三極管基極的限流電阻，根據(jù)2.2節(jié)內(nèi)容可得輸出信號(hào)會(huì)受到三極管存儲(chǔ)時(shí)間影響。在Ui輸入幅值3.3V頻率200k的方波，外接510歐姆的純電阻負(fù)載，Uo端得到的輸出波形如圖4.1(b)所示，測(cè)量存儲(chǔ)時(shí)間ts1=1.6μs，當(dāng)輸入波形從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸出波形會(huì)延遲1.6μs才開始變化，因此對(duì)于高速信號(hào)或者對(duì)波形延遲參數(shù)要求很高的負(fù)載，該電路并不適用。

如圖4.2(a)所示為高速數(shù)字量輸出電路，其和低速數(shù)字量輸出電路相比多了一個(gè)加速電容C1，根據(jù)2.2節(jié)內(nèi)容可得電容C1可以減小三極管的存儲(chǔ)時(shí)間，在Ui輸入幅值3.3V頻率200k的方波，外接510歐姆的純電阻負(fù)載，Uo端得到的輸出波形如圖4.2(b)所示，存儲(chǔ)時(shí)間ts1=0，輸出波形幾乎沒有延遲，如果不考慮輸出信號(hào)邊沿速率，該電路可以適用于一般的高速應(yīng)用場合。

3 示波器探頭

示波器探頭一般都有×1檔和×10檔兩個(gè)量程，如圖4.3(a)所示為探頭簡化示意圖，選擇×1檔時(shí)輸入信號(hào)未經(jīng)衰減直接進(jìn)入示波器，選擇×10檔時(shí)輸入信號(hào)經(jīng)過R1和R2的分壓衰減10倍后再進(jìn)入示波器。

從上圖可以看出，×1檔的輸入電容為Cx+C2，輸入示波器信號(hào)的邊沿速率會(huì)因Cx和C2充放電過程而變緩慢，×10檔增加了C1加速電容，根據(jù)2.1節(jié)阻容負(fù)載加速電容的原理，C1消除了輸入電容的充放電影響，加快了輸入信號(hào)的邊沿速率，因此在測(cè)量高速信號(hào)時(shí)應(yīng)該選擇×10檔。選擇×10檔時(shí)，為了確保輸入示波器波形不失真，根據(jù)3.1節(jié)阻容負(fù)載加速電容選型要求應(yīng)該使得電阻分壓值和電容分壓值滿足如下表達(dá)式：

由于不同示波器的輸入電容C2存在差異，探頭制造廠商為了滿足不同輸入電容的要求，在探頭內(nèi)部加入了一個(gè)可調(diào)電容Cx，在使用×10檔測(cè)量信號(hào)前，必須先校準(zhǔn)探頭，調(diào)節(jié)Cx滿足表達(dá)式4，×1檔沒有加速電容不存在加速電容導(dǎo)致的波形失真問題，所以在使用×1檔時(shí)不需要校準(zhǔn)探頭。如圖4.3(b)所示，示波器面板有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方波輸出端口，通過探頭測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方波，同時(shí)使用螺絲刀調(diào)節(jié)探頭末段的微調(diào)電容Cx，觀測(cè)示波器輸出波形，當(dāng)觀測(cè)的波形為圖4.4(a)所示的標(biāo)準(zhǔn)方波時(shí)，探頭校準(zhǔn)完畢。

4直流電機(jī)控制電路

直流電機(jī)控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用H橋電路，H橋接法很多，圖4.5為其中一種電路接法（省略了邏輯控制電路和PWM發(fā)生電路），該電路在CD機(jī)中被廣泛應(yīng)用。圖4.5中的H橋電路通過控制U1和U2實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能，當(dāng)U1為高電平U2為低電平時(shí)，Q1和Q4關(guān)斷，Q2和Q3導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)電流從+5V流出到Q2經(jīng)電機(jī)再到Q3最后流入地，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)U2為高電平U1為低電平時(shí)，Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)電流從+5V電源流出經(jīng)Q1到電機(jī)再到Q4后流入地，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

通過在U1和U2輸入PWM可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。以正轉(zhuǎn)為例，U2輸入低電平，U1輸入PWM信號(hào)，通過調(diào)整輸入信號(hào)的占空比控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)回路平均電流大小實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能。根據(jù)2.2節(jié)晶體管驅(qū)動(dòng)電路的加速電容原理，如果不接加速電容C1和C2，由于三極管存儲(chǔ)時(shí)間的影響，U1輸入信號(hào)的占空比和Uo輸出信號(hào)的占空比會(huì)存在差異，使用電阻代替直流電機(jī)負(fù)載，在U1輸入50%占空比信號(hào)，測(cè)試Uo在無加速電容和有加速電容情況下的輸出波形如圖4.6所示。

從上圖可得，無加速電容高電平時(shí)間為th1=5.7μs，占空比為：

有加速電容的高電平時(shí)間為：th2=5.02μs，占空比變?yōu)椋?/p>

通過上面的計(jì)算可得，加速電容幾乎消除了三極管存儲(chǔ)時(shí)間的影響，使輸出信號(hào)的占空比更接近輸入信號(hào)，對(duì)于一些需要較高頻率PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，使用加速電容可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速更精確的控制。