Elektriskās ķēdes laika konstante — kas tā ir un kur tā tiek izmantota

Periodiski procesi ir raksturīgi dabai: dienai seko nakts, silto sezonu nomaina aukstums utt. Šo notikumu periods ir gandrīz nemainīgs, tāpēc to var stingri noteikt. Turklāt mums ir tiesības apgalvot, ka par piemēru minētie periodiskie dabas procesi vismaz cilvēka mūža ilguma ziņā nenolietojas.

Tomēr tehnoloģijā, elektrotehnikā un elektronikā, jo īpaši, ne visi procesi ir periodiski un nepārtraukti. Parasti daži elektromagnētiskie procesi vispirms palielinās un pēc tam samazinās. Bieži vien matērija ir ierobežota tikai ar svārstību sākuma fāzi, kurai nav laika patiešām uzņemt ātrumu.

Diezgan bieži elektrotehnikā var atrast tā sauktos eksponenciālos pārejas elementus, kuru būtība ir tāda, ka sistēma vienkārši cenšas sasniegt kādu līdzsvara stāvokli, kas galu galā izskatās pēc atpūtas stāvokļa. Šāda pāreja var palielināties vai samazināties.

Ārējais spēks vispirms izved dinamisko sistēmu no līdzsvara, bet pēc tam neaizkavē šīs sistēmas dabisko atgriešanos sākotnējā stāvoklī. Šis pēdējais posms ir tā sauktais pārejas process, kam raksturīgs noteikts ilgums. Turklāt sistēmas izjaukšanas process ir arī pārejošs process ar raksturīgu ilgumu.

Tā vai citādi par pārejas procesa laika konstanti mēs saucam tā laika raksturlielumu, kas nosaka laiku, pēc kura noteikts šī procesa parametrs mainīsies reizes «e», tas ir, palielināsies vai samazināsies aptuveni 2,718 reizes. salīdzinot ar sākotnējo stāvokli.

Apsveriet, piemēram, elektrisko ķēdi, kas sastāv no līdzstrāvas sprieguma avota, kondensatora un rezistora. Šāda veida ķēdes, kurās rezistors ir virknē savienots ar kondensatoru, sauc par RC integrējošo shēmu.

Ja sākotnējā brīdī šādai ķēdei pievadīt strāvu, tas ir, ieejā iestatīt pastāvīgu spriegumu Uin, tad Uout - spriegums kondensatorā sāks eksponenciāli pieaugt.

Pēc laika t1 kondensatora spriegums sasniegs 63,2% no ieejas sprieguma. Tātad laika intervāls no sākotnējā mirkļa līdz t1 ir šīs RC ķēdes laika konstante.

Šo ķēdes konstanti sauc par "tau", mēra sekundēs un norāda ar tai atbilstošo grieķu burtu. Skaitliski RC ķēdei tas ir vienāds ar R * C, kur R ir omos un C ir farados.

Integrējošās RC shēmas tiek izmantotas elektronikā kā zemas caurlaidības filtri, kad augstākas frekvences ir jānogriež (nomāc) un jālaiž cauri zemākām frekvencēm.

Praksē šādas filtrēšanas mehānisms ir balstīts uz šādu principu. Maiņstrāvai kondensators darbojas kā kapacitatīvā pretestība, kuras vērtība ir apgriezti proporcionāla frekvencei, tas ir, jo augstāka ir frekvence, jo mazāka būs kondensatora pretestība omos.

Tāpēc, ja maiņstrāva tiek izvadīta caur RC ķēdi, tad, tāpat kā uz sprieguma dalītāja pleca, kondensatorā samazināsies noteikts spriegums, kas ir proporcionāls tā kapacitātei pie izvadītās strāvas frekvences.

Ja ir zināma ieejas maiņstrāvas signāla nogriešanas frekvence un amplitūda, tad projektētājam nebūs grūti izvēlēties tādu kondensatoru un rezistoru RC ķēdē, lai minimālais (atslēgšanās) spriegums ( nogriešanas frekvence - frekvences augšējā robeža) nokrīt uz kondensatora, jo pretestība nonāk dalītājā kopā ar rezistoru.

Tagad apsveriet tā saukto diferenciācijas ķēdi. Tā ir ķēde, kas sastāv no rezistora un induktora, kas savienoti virknē, RL ķēde. Tās laika konstante ir skaitliski vienāda ar L / R, kur L ir spoles induktivitāte henrī un R ir rezistora pretestība omos.

Ja šādai ķēdei tiek pielikts pastāvīgs spriegums no avota, pēc kāda laika tau spoles spriegums salīdzinājumā ar U in samazināsies par 63,2%, tas ir, pilnībā saskaņā ar šīs elektriskās ķēdes laika konstantes vērtību. .

Maiņstrāvas ķēdēs (maiņstrāvas signāli) LR ķēdes tiek izmantotas kā augstfrekvences filtri, kad ir jānogriež (nomāc) zemās frekvences un augstākas frekvences (virs nogriešanas frekvences — apakšējā frekvences robeža) tiek izlaistas.Tātad, jo lielāka ir spoles induktivitāte, jo augstāka ir frekvence.

Tāpat kā iepriekš apspriestās RC ķēdes gadījumā, šeit tiek izmantots sprieguma dalītāja princips. Augstākas frekvences strāva, kas tiek izlaista caur RL ķēdi, radīs lielāku sprieguma kritumu pāri induktivitātei L, tāpat kā ar induktīvo pretestību, kas ir daļa no sprieguma dalītāja kopā ar rezistoru. Projektētāja uzdevums ir izvēlēties tādus R un L, lai spoles minimālais (robež) spriegums tiktu iegūts tieši pie robežfrekvences.