Константата на времето на електрическа верига — какво представлява и къде се използва

Периодичните процеси са присъщи на природата: денят е последван от нощта, топлия сезон е заменен от студения и пр. Периодът на тези събития е почти постоянен и затова може да бъде строго определен. Освен това имаме право да твърдим, че цитираните като пример периодични естествени процеси не са амортизиращи, поне по отношение на продължителността на живота на един човек.

Въпреки това, в технологиите, в електротехниката и електрониката — особено не всички процеси са периодични и непрекъснати. Обикновено някои електромагнитни процеси първо се увеличават и след това намаляват. Често материята е ограничена само до фазата на началото на трептенето, която няма време наистина да набере скорост.

Доста често в електротехниката можете да намерите така наречените експоненциални преходни процеси, чиято същност е, че системата просто се стреми да стигне до някакво равновесно състояние, което в крайна сметка изглежда като състояние на покой. Такъв преходен процес може да бъде или нарастващ, или намаляващ.

Външната сила първо извежда динамичната система от равновесие, а след това не пречи на естественото връщане на тази система в първоначалното й състояние. Тази последна фаза е така нареченият преходен процес, който се характеризира с определена продължителност. Освен това процесът на разбалансиране на системата също е преходен процес с характерна продължителност.

По един или друг начин, постоянната на времето на преходния процес, ние наричаме неговата времева характеристика, която определя времето, след което определен параметър от този процес ще промени времената «е», тоест ще се увеличи или намали с около 2,718 пъти в сравнение с първоначалното състояние.

Помислете например за електрическа верига, състояща се от източник на постоянно напрежение, кондензатор и резистор. Този вид верига, където резистор е свързан последователно с кондензатор, се нарича RC интегрираща схема.

Ако в началния момент от време за подаване на захранване към такава верига, тоест за задаване на постоянно напрежение Uin на входа, тогава Uout — напрежението в кондензатора, ще започне да расте експоненциално.

След време t1 напрежението в кондензатора ще достигне 63,2% от входното напрежение. И така, интервалът от време от началния момент до t1 е времевата константа на тази RC верига.

Тази верижна константа се нарича «тау», измерва се в секунди и се обозначава със съответната й гръцка буква. Числено, за RC верига, тя е равна на R * C, където R е изразена в ома, а C във фаради.

Интегриращите RC вериги се използват в електрониката като нискочестотни филтри, когато по-високите честоти трябва да бъдат отрязани (потиснати) и по-ниските честоти трябва да бъдат пропуснати.

На практика механизмът на такава филтрация се основава на следния принцип. За променлив ток кондензаторът действа като капацитивно съпротивление, чиято стойност е обратно пропорционална на честотата, тоест колкото по -висока е честотата, толкова по -ниско ще бъде реактивното съпротивление на кондензатора в ома.

Следователно, ако променлив ток преминава през RC веригата, тогава, както на рамото на делителя на напрежението, определено напрежение ще падне през кондензатора, пропорционално на неговия капацитет при честотата на преминалия ток.

Ако граничната честота и амплитудата на входния променлив сигнал са известни, тогава няма да е трудно за разработчика да избере такъв кондензатор и резистор в RC веригата, така че минималното (гранично) напрежение (за граничната честота — горната граница на честотата) пада върху кондензатора, тъй като реактивното съпротивление влиза в делителя заедно с резистор.

Сега помислете за така наречената диференцираща верига. Това е верига, състояща се от последователно свързан резистор и индуктор, RL верига. Неговата постоянна време е числено равна на L / R, където L е индуктивността на бобината в хенри и R е съпротивлението на резистора в ома.

Ако към такава верига се приложи постоянно напрежение от източник, след известно време тау напрежението на бобината ще намалее в сравнение с U in с 63,2%, тоест в пълно съответствие със стойността на времевата константа за това електрическа верига.

В AC вериги (променливи сигнали), LR веригите се използват като високочестотни филтри, когато ниските честоти трябва да бъдат прекъснати (потиснати), а честотите над (над граничната честота — долната граница на честотата) — са пропуснати. И така, индуктивното съпротивление на намотката е колкото по -голямо, толкова по -висока е честотата.

Както и в случая с RC веригата, обсъдена по -горе, тук се използва принципът на делител на напрежение. По -висок честотен ток, преминал през RL веригата, ще доведе до по -голям спад на напрежението през индуктивност L, както при индуктивното съпротивление, което е част от делителя на напрежението заедно с резистора. Задачата на разработчика е да избере такива R и L, така че минималното (гранично) напрежение на бобината да се получи точно на граничната честота.