Vremenska konstanta električnog kruga — što je to i gdje se koristi

Periodični procesi svojstveni su prirodi: dan slijedi noć, toplo godišnje doba zamjenjuje hladno itd. Razdoblje ovih događaja je gotovo konstantno i stoga se može strogo odrediti. Štoviše, s pravom tvrdimo da periodični prirodni procesi navedeni kao primjer nisu obezvrijeđujući, barem što se tiče životnog vijeka čovjeka.

Međutim, u tehnici, posebno u elektrotehnici i elektronici, nisu svi procesi periodični i kontinuirani. Obično se neki elektromagnetski procesi prvo povećavaju, a zatim smanjuju. Često je materija ograničena samo na fazu početka oscilacije, koja nema vremena da se stvarno ubrza.

Nerijetko se u elektrotehnici mogu susresti takozvani eksponencijalni tranzijenti, čija je suština da sustav jednostavno nastoji doći do nekog ravnotežnog stanja, koje na kraju izgleda kao stanje mirovanja. Takav prijelaz može biti ili rastući ili opadajući.

Vanjska sila najprije dovodi dinamički sustav iz ravnoteže, a zatim ne sprječava prirodni povratak tog sustava u prvobitno stanje. Ova posljednja faza je tzv. prijelazni proces koji karakterizira određeno trajanje. Osim toga, proces debalansa sustava također je prolazan proces sa karakterističnim trajanjem.

Na ovaj ili onaj način, vremensku konstantu prijelaznog procesa nazivamo njegovom vremenskom karakteristikom, koja određuje vrijeme nakon kojeg će se određeni parametar ovog procesa promijeniti puta «e», odnosno povećati ili smanjiti za oko 2,718 puta u odnosu na početno stanje.

Razmotrimo, na primjer, električni krug koji se sastoji od izvora istosmjernog napona, kondenzatora i otpornika. Ova vrsta kruga gdje je otpornik spojen u seriju s kondenzatorom naziva se RC integrirajući krug.

Ako u početnom trenutku napajate takav krug, to jest postavite konstantni napon Uin na ulazu, tada će Uout - napon u kondenzatoru, početi eksponencijalno rasti.

Nakon vremena t1 napon kondenzatora će dosegnuti 63,2% ulaznog napona. Dakle, vremenski interval od početnog trenutka do t1 je vremenska konstanta ovog RC kruga.

Ova lančana konstanta naziva se «tau», mjeri se u sekundama i označava odgovarajućim grčkim slovom. Numerički, za RC krug, to je jednako R * C, gdje je R u ohmima, a C u faradima.

Integrirajući RC krugovi koriste se u elektronici kao niskopropusni filtri kada se više frekvencije moraju odrezati (potisnuti), a niže frekvencije moraju proći.

U praksi se mehanizam takve filtracije temelji na sljedećem principu. Za izmjeničnu struju, kondenzator djeluje kao kapacitivni otpor, čija je vrijednost obrnuto proporcionalna frekvenciji, odnosno što je veća frekvencija, manja će biti reaktancija kondenzatora u omima.

Stoga, ako se izmjenična struja propusti kroz RC krug, tada će, kao na kraku djelitelja napona, određeni napon pasti na kondenzatoru, proporcionalan njegovom kapacitetu na frekvenciji propuštene struje.

Ako su poznate granična frekvencija i amplituda ulaznog izmjeničnog signala, tada projektantu neće biti teško odabrati takav kondenzator i otpornik u RC krugu, da minimalni (granični) napon (za granična frekvencija — gornja granica frekvencije) pada na kondenzator, budući da reaktancija ulazi u razdjelnik zajedno s otpornikom.

Sada razmotrite takozvani diferencirajući krug. To je krug koji se sastoji od serijski spojenih otpornika i prigušnice, RL krug. Njegova vremenska konstanta numerički je jednaka L / R, gdje je L induktivitet zavojnice u henrijima, a R otpor otpornika u ohmima.

Ako se na takav krug dovede konstantan napon iz izvora, nakon nekog vremena tau napon svitka će se smanjiti u odnosu na U in za 63,2%, odnosno u potpunom skladu s vrijednošću vremenske konstante za ovaj električni krug. .

U AC krugovima (izmjenični signali), LR krugovi se koriste kao visokopropusni filtri kada niske frekvencije moraju biti odsječene (potisnute), a frekvencije iznad (iznad granične frekvencije — donja granica frekvencije) — su izostavljene.Dakle, što je veći induktivitet zavojnice, to je veća frekvencija.

Kao u slučaju RC kruga koji je gore opisan, ovdje se koristi princip razdjelnika napona. Struja više frekvencije koja prolazi kroz krug RL rezultirat će većim padom napona na induktivitetu L, kao i kod induktivnog otpora koji je dio djelitelja napona zajedno s otpornikom. Zadatak projektanta je odabrati takve R i L da se minimalni (granični) napon zavojnice dobije točno na graničnoj frekvenciji.