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电子设备中的延时关机电路的分析

下图是一个由 RC 电路和 P 沟道场效应管组成的延时关机电路:


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R2 和 LED 为用电电路。电路功能如下: 按下按键后,开机,大约2分钟后,自动关机。


简单 RC 电路

要想理解上面的延时关机电路,需要从下面这个简单的并联 RC 电路开始。


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为了方便观察波形,我们将延时关机电路中的 10 MΩ电阻 R1 改为了 100kΩ。

按下按键后波形如下:


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波形的几个状态如下:

1. 上电后,未按下按键前,电容上端电压为零。

2. 按下按键后,电容迅速充电至电源电压,电容上端电压为电源电压。此时,电容充满电。

3. 放开按键后,电容通过电阻 R1 缓慢放电,电容 C1 上端电压逐渐降低,最后接近 0 V。

上面简单并联 RC 电路和波形比较容易理解和看懂。


换个位置

如果我们将上面简单 RC 电路的开关挪个位置,变成如下电路:


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按下按键后的波形如下图:


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波形的几个状态如下:

1. 未上电时,电容下端电压为零。

2. 上电后,C1 上端会出现电源的 9V 电压,由于电容两端的电压不能突变,电容 C1 的下端也出现 9V 电压。注意:此时,由于开关还是断开的,电容没有充电。

3. 按下开关后,电容下端被电源地拉低至 0 V。并且,由于开关闭合了,电容迅速充满电。此时电容的状态,和前面那个开关在电源正极的 RC 电路中电容充满电的状态(状态2)是一致的。

4. 断开按键后,电容开始通过电阻 R1 缓慢放电。放电完成后,电容下端电压接近电源电压。

最后一个阶段(状态4),随着电容放电,电容一端的电压逐渐增高,比较难于理解。也是理解最开始那个延时关机电路的关键。

可以这样理解电容放电,电压升高的过程。当电容充满电时(状态3),电容上端因为失去电子(电子被吸引到了电源正极),聚集了大量正电荷。电容下端因为受电源负极影响,聚集了大量电子。充电结束时,电容两端电压和电源电压一致。开始放电后(状态4),电容负极的电子会逐渐经过电阻往电容正极移动,随着带负电的电子的移出,电容负极电压逐渐升高,此过程会导致电容两端的压差逐渐降低,最后,当电容负极电压也变为电源电压时,压差消失,放电结束。


分析延时关机电路

现在我们回到最开始的那个延时关机电路:


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1. 上电时,由于电容两端电压不能突变,电容 C1 的下端会出现电源电压,这会导致 P 沟道场效应管关闭。

2. 按下按键后,场管的门极被拉低至电源电压,此时,门极电压相对于源极电压为负,P 沟道场管打开,后级电路得到供电。

3. 开关断开后,电容 C1 通过 R1 缓慢放电。放电过程中,门极电压逐渐升高。当升高到某一电压时,场管关闭,断开后级电路供电。


总结

以上,就是我们对这个延时关机电路的分析。理解的关键就是知道有时会出现:随着电容放电,电容一端的电压逐渐增高的情况。

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