Constanta de timp a unui circuit electric - ce este și unde este utilizată
Procesele periodice sunt inerente naturii: ziua este urmată de noapte, sezonul cald este înlocuit cu frigul etc. Perioada acestor evenimente este aproape constantă și, prin urmare, poate fi strict determinată. Mai mult, suntem îndreptăţiţi să susţinem că procesele naturale periodice citate ca exemplu nu se depreciază, cel puţin în ceea ce priveşte durata de viaţă a unei persoane.
Cu toate acestea, în tehnologie, în inginerie electrică și electronică, mai ales, nu toate procesele sunt periodice și continue. De obicei, unele procese electromagnetice cresc mai întâi și apoi scad. Adesea, materia se limitează doar la faza de început a oscilației, care nu are timp să prindă cu adevărat viteză.
Destul de des în inginerie electrică puteți găsi așa-numitele tranzitorii exponențiale, a căror esență este că sistemul pur și simplu se străduiește să atingă o stare de echilibru, care în cele din urmă arată ca o stare de repaus. O astfel de tranziție poate fi fie în creștere, fie în scădere.
Forța externă scoate mai întâi sistemul dinamic din echilibru și apoi nu împiedică întoarcerea naturală a acestui sistem la starea inițială. Această ultimă fază este așa-numitul proces de tranziție, care se caracterizează printr-o anumită durată. În plus, procesul de dezechilibrare a sistemului este și un proces tranzitoriu cu o durată caracteristică.
Într-un fel sau altul, constanta de timp a procesului tranzitoriu, o numim caracteristica de timp, care determină timpul după care un anumit parametru al acestui proces se va schimba timpii «e», adică va crește sau scade de aproximativ 2,718 ori. fata de starea initiala.
Luați în considerare, de exemplu, un circuit electric format dintr-o sursă de tensiune DC, un condensator și un rezistor. Acest tip de circuit în care un rezistor este conectat în serie cu un condensator se numește circuit de integrare RC.
Dacă în momentul inițial de timp pentru a furniza energie unui astfel de circuit, adică pentru a seta o tensiune constantă Uin la intrare, atunci Uout - tensiunea din condensator va începe să crească exponențial.
După timpul t1, tensiunea condensatorului va atinge 63,2% din tensiunea de intrare. Deci, intervalul de timp de la momentul inițial la t1 este constanta de timp a acestui circuit RC.
Această constantă de lanț se numește „tau”, măsurată în secunde și indicată prin litera greacă corespunzătoare. Numeric, pentru un circuit RC, este egal cu R * C, unde R este în ohmi și C este în faradi.
Circuitele RC integratoare sunt utilizate în electronică ca filtre trece-jos atunci când frecvențele mai mari trebuie să fie întrerupte (suprimate) și frecvențele inferioare trebuie să fie trecute.
În practică, mecanismul unei astfel de filtrări se bazează pe următorul principiu. Pentru curent alternativ, condensatorul acționează ca o rezistență capacitivă, a cărei valoare este invers proporțională cu frecvența, adică cu cât frecvența este mai mare, cu atât reactanța condensatorului în ohmi va fi mai mică.
Prin urmare, dacă un curent alternativ este trecut prin circuitul RC, atunci, ca pe brațul divizorului de tensiune, o anumită tensiune va scădea pe condensator, proporțional cu capacitatea sa la frecvența curentului trecut.
Dacă frecvența de tăiere și amplitudinea semnalului alternativ de intrare sunt cunoscute, atunci proiectantului nu va fi dificil să aleagă un astfel de condensator și rezistor în circuitul RC, astfel încât tensiunea minimă (de întrerupere) (pentru frecvența de tăiere - limita superioară a frecvenței) cade pe condensator, deoarece reactanța intră în divizor împreună cu un rezistor.
Acum luați în considerare așa-numitul circuit de diferențiere. Este un circuit format dintr-un rezistor și un inductor conectat în serie, un circuit RL. Constanta sa de timp este numeric egală cu L / R, unde L este inductanța bobinei în henri și R este rezistența rezistenței în ohmi.
Dacă unui astfel de circuit i se aplică o tensiune constantă de la o sursă, după ceva timp tau tensiunea bobinei va scădea în comparație cu U în cu 63,2%, adică în deplină concordanță cu valoarea constantei de timp pentru acest circuit electric. .
În circuitele de curent alternativ (semnale alternative), circuitele LR sunt folosite ca filtre de trecere înaltă atunci când frecvențele joase trebuie tăiate (suprimate) și frecvențele de deasupra (peste frecvența de tăiere - limita inferioară a frecvenței) - sunt omise.Deci, cu cât inductanța bobinei este mai mare, cu atât frecvența este mai mare.
Ca și în cazul circuitului RC discutat mai sus, aici este utilizat principiul divizorului de tensiune. Un curent de frecvență mai mare trecut prin circuitul RL va duce la o cădere mai mare de tensiune pe inductanța L, ca și în cazul rezistenței inductive care face parte din divizorul de tensiune împreună cu rezistența. Sarcina proiectantului este să aleagă astfel de R și L astfel încât tensiunea minimă (de limită) a bobinei să fie obținută exact la frecvența de limită.