Warum entlädt sich dieser Kondensator nicht?

Sie erhalten Strom durch das SCR-Gate. Die ganze Schaltung wirkt etwas albern. Das sollte funktionieren:

Stellen Sie C1 und R2 auf die gewünschte Verzögerung ein.

Hinzugefügt:

Dies wurde als Antwort auf eine Bitte um Klarstellung in einem Kommentar hinzugefügt.

SW1 soll nur einige Mittel zum Laden des Kondensators auf Vdd zeigen. Der Punkt der Schaltung ist, was passiert, wenn SW1 geöffnet wird. Nehmen wir an, Vdd beträgt 5 V. Wenn SW1 öffnet, wird C1 auf 5 V aufgeladen. Dadurch wird Strom über R2 durch die Basis von Q1 geleitet. Nehmen wir an, der BE-Abfall beträgt etwa 500 mV. Dies ist aufgrund des sehr niedrigen Stroms niedriger als die üblichen 600-700 mV. Das lässt 4,5 V über R2 bei T = 0, was 4,5 µA durch die Basis von Q1 bringt. Nehmen wir an, Q1 hat eine Verstärkung von 50. Das bedeutet, dass es einen Kollektorstrom von bis zu 4,5 µA * 50 = 225 µA unterstützen kann. Das wären 10,6 V über R1, was mehr als verfügbar ist, sodass Q1 gesättigt ist und der PIC-Eingang auf einen niedrigen Pegel getrieben wird.

Da angenommen wird, dass der BE-Übergang eine feste Spannung ist, haben wir einen einfachen RC-Abfall zwischen C1 und R2. C1 wird anfänglich auf 5 V geladen und wird gemäß unserer Annahme, dass BE wie eine feste Spannungsquelle aussieht, auf 500 mV abfallen. Das ist nicht genau, aber gut genug, um eine ungefähre Vorstellung davon zu bekommen, was passieren wird. Es gibt noch andere weitaus größere Unsicherheiten, wie wir in Kürze sehen werden. Die C1-Spannung fällt also exponentiell von 5 V auf 500 mV ab. Der Basisstrom fällt ebenfalls von 4,5 µA auf 0 ab. Die Zeitkonstante ist R*C, was 1000 Sekunden entspricht. Beachten Sie, dass selbst ein oder zwei µA Leckage an C1 diesen Wert erheblich verändern. Wenn Sie eine Leckagespezifikation finden, ist es ein Maximum, sodass die Leckage zwischen diesem Wert und 0 liegen kann. Die Kondensatorleckage stellt daher eine erhebliche Unsicherheit in Bezug auf die Abklingzeit dar. Weiter geht es mit der 4.

Angenommen, dieser PIC-Eingang erfordert, dass die Spannung unter 0,2 Vdd liegt, um einen garantierten logischen Low-Pegel zu erzielen. Das sind in diesem Beispiel 1 V. Nehmen wir auch an, der PIC-Pin ist für einen maximalen Leckstrom von 1 µA ausgelegt. Wenn der PIC-Pin auf 1 V liegt, liegen 4 V über R1 an, was bedeutet, dass er 85 µA liefert. Wir können jetzt sehen, dass die PIC-Pin-Leckage mit dem gewählten Wert von R1 unbedeutend ist. Wir fügen es trotzdem hinzu, um festzustellen, dass Q1 85 µA sinken muss, um den PIC-Pin im garantierten logisch niedrigen Zustand zu halten. Wir haben vorher gesagt, dass wir davon ausgehen, dass Q1 eine Verstärkung von 50 haben wird, was bedeutet, dass er 1,7 µA Basisstrom benötigt, um einen logisch niedrigen Ausgang zu garantieren. Das sind 0,383 des Startwerts, also 0,96 Zeitkonstanten oder 960 Sekunden. Daher wird unter allen Annahmen der PIC-Eingang für mindestens 960 Sekunden (16 Minuten) niedrig gehalten, nachdem SW1 geöffnet wurde.

In Wirklichkeit ist eine 1-mF-Kappe elektrolytisch und weist daher im Vergleich zum anfänglichen Entladestrom von 4,5 µA einen erheblichen Leckstrom auf. Dadurch wird die Zeit verkürzt. Solche langen Zeiten sind mit analoger Elektronik schwierig, weil Sie eine Kombination aus hoher Kapazität und geringem Leckstrom benötigen, die in der realen Welt im Widerspruch zueinander stehen.

Das war die Mindestzeitberechnung . Selbst wenn C1 ein perfekter Kondensator wäre, ergibt sich eine sehr signifikante Fehlerquelle aus der Unsicherheit der Verstärkung von Q1. Wir haben als Beispiel mindestens 50 verwendet. Das mag über einen Großteil des Betriebsbereichs des 2N4401 ein vernünftiges Minimum sein, aber diese Dinge werden selten bei so niedrigen Strömen spezifiziert. Das Minimum könnte niedriger sein, aber die maximale Verstärkung eines Transistors kann oft sein Minimum um ein Vielfaches übersteigen. Es ist die unvorhersehbare Verstärkung von Q1, die die Verzögerung dieser Schaltung über einen weiten Bereich unvorhersehbar macht.