Elektros grandinės laiko konstanta - kas tai yra ir kur ji naudojama
Periodiniai procesai būdingi gamtai: dieną seka naktis, šiltąjį sezoną keičia šaltis ir tt Šių įvykių laikotarpis yra beveik pastovus, todėl gali būti griežtai nustatytas. Be to, turime teisę teigti, kad kaip pavyzdys pateikiami periodiniai gamtos procesai nenuvertėja, bent jau kalbant apie žmogaus gyvenimo trukmę.
Tačiau technologijoje, elektrotechnikoje ir elektronikoje, ypač ne visi procesai yra periodiški ir nenutrūkstami. Paprastai kai kurie elektromagnetiniai procesai pirmiausia padidėja, o vėliau sumažėja. Dažnai materija apsiriboja tik svyravimo pradžios faze, kuri nespėja iš tikrųjų pagreitinti.
Gana dažnai elektrotechnikoje galima rasti vadinamųjų eksponentinių pereinamųjų procesų, kurių esmė ta, kad sistema tiesiog stengiasi pasiekti tam tikrą pusiausvyros būseną, kuri ilgainiui atrodo kaip ramybės būsena. Toks perėjimas gali būti tiek didėjantis, tiek mažėjantis.
Išorinė jėga pirmiausia išveda dinaminę sistemą iš pusiausvyros, o paskui netrukdo šiai sistemai natūraliai grįžti į pradinę būseną. Šis paskutinis etapas yra vadinamasis pereinamasis procesas, kuriam būdinga tam tikra trukmė. Be to, sistemos išbalansavimo procesas taip pat yra laikinas procesas, kuriam būdinga trukmė.
Vienaip ar kitaip, pereinamojo proceso laiko konstanta, vadiname jos laiko charakteristika, kuri lemia laiką, po kurio tam tikras šio proceso parametras pasikeis kartus «e», tai yra padidės arba sumažės apie 2,718 karto. palyginti su pradine būsena.
Apsvarstykite, pavyzdžiui, elektros grandinę, kurią sudaro nuolatinės srovės įtampos šaltinis, kondensatorius ir rezistorius. Tokio tipo grandinė, kai rezistorius nuosekliai sujungtas su kondensatoriumi, vadinama RC integravimo grandine.
Jei pradiniu laiko momentu tiekti maitinimą tokiai grandinei, tai yra, įvesties vietoje nustatyti pastovią įtampą Uin, tada Uout - kondensatoriaus įtampa pradės eksponentiškai augti.
Po laiko t1 kondensatoriaus įtampa pasieks 63,2% įėjimo įtampos. Taigi, laiko intervalas nuo pradinės akimirkos iki t1 yra šios RC grandinės laiko konstanta.
Ši grandinės konstanta vadinama „tau“, matuojama sekundėmis ir nurodoma atitinkama graikiška raide. Skaitmeniškai RC grandinėje jis yra lygus R * C, kur R yra omų, o C yra faradais.
Integracinės RC grandinės elektronikoje naudojamos kaip žemųjų dažnių filtrai, kai reikia atjungti (slopinti) aukštesnius dažnius ir perleisti žemesnius dažnius.
Praktiškai tokio filtravimo mechanizmas grindžiamas tokiu principu. Kintamajai srovei kondensatorius veikia kaip talpinė varža, kurios vertė yra atvirkščiai proporcinga dažniui, tai yra, kuo didesnis dažnis, tuo mažesnė bus kondensatoriaus reaktyvumas omuose.
Todėl, jei per RC grandinę praleidžiama kintamoji srovė, tada, kaip ir įtampos daliklio svirties, kondensatoriuje nukris tam tikra įtampa, proporcinga jo talpai praleidžiamos srovės dažniu.
Jei žinomi įvesties kintamo signalo ribinis dažnis ir amplitudė, projektuotojui nebus sunku pasirinkti tokį kondensatorių ir rezistorių RC grandinėje, kad minimali (atjungimo) įtampa ( ribinis dažnis - viršutinė dažnio riba) patenka ant kondensatoriaus, nes reaktyvumas kartu su rezistoriumi patenka į daliklį.
Dabar apsvarstykite vadinamąją diferencijavimo grandinę. Tai grandinė, susidedanti iš rezistoriaus ir induktoriaus, sujungto nuosekliai, RL grandinė. Jo laiko konstanta skaitine prasme yra lygi L / R, kur L yra ritės induktyvumas henriais, o R yra rezistoriaus varža omais.
Jei tokiai grandinei bus taikoma pastovi šaltinio įtampa, po kurio laiko tau ritės įtampa, palyginti su U in, sumažės 63,2%, tai yra visiškai atitinka šios elektros grandinės laiko konstantos reikšmę. .
Kintamosios srovės grandinėse (kintamieji signalai) LR grandinės naudojamos kaip aukštųjų dažnių filtrai, kai reikia išjungti (slopinti) žemus dažnius, o aukštesnius dažnius (virš ribinio dažnio – apatinės dažnio ribos) – praleisti.Taigi, kuo didesnis ritės induktyvumas, tuo didesnis dažnis.
Kaip ir aukščiau aptartos RC grandinės atveju, čia naudojamas įtampos daliklio principas. Didesnio dažnio srovė, praleidžiama per RL grandinę, padidins įtampos kritimą per induktyvumą L, kaip ir esant indukcinei varžai, kuri yra įtampos daliklio dalis kartu su rezistoriumi. Projektuotojo užduotis – parinkti tokius R ir L, kad minimali (ribinė) ritės įtampa būtų gauta tiksliai ties ribiniu dažniu.