Bir elektrik devresinin zaman sabiti — ne olduğu ve nerede kullanıldığı
Periyodik süreçler doğanın doğasında vardır: gündüzü gece takip eder, sıcak mevsimin yerini soğuk alır, vb. Bu olayların periyodu neredeyse sabittir ve bu nedenle kesin olarak belirlenebilir. Ayrıca, örnek olarak gösterilen periyodik doğal süreçlerin, en azından bir kişinin yaşam süresi açısından, yıpranmadığını iddia etme hakkına sahibiz.
Ancak teknolojide, elektrik mühendisliği ve elektronikte, özellikle de tüm süreçler periyodik ve sürekli değildir. Genellikle, bazı elektromanyetik süreçler önce artar ve sonra azalır. Çoğu zaman madde, gerçekten hızlanmak için zamanı olmayan salınımın başlangıcı aşamasıyla sınırlıdır.
Oldukça sık olarak elektrik mühendisliğinde, özünde sistemin sonunda bir dinlenme durumu gibi görünen bir denge durumuna ulaşmaya çabalaması olan sözde üstel geçişler bulabilirsiniz. Böyle bir geçiş artan veya azalan olabilir.
Dış kuvvet önce dinamik sistemi dengeden çıkarır ve sonra bu sistemin doğal olarak orijinal durumuna dönüşünü engellemez. Bu son aşama, belirli bir süre ile karakterize edilen sözde geçiş sürecidir. Ayrıca sistemin dengesini bozma süreci de karakteristik süresi olan geçici bir süreçtir.
Öyle ya da böyle, geçici sürecin zaman sabitine, bu sürecin belirli bir parametresinin "e" kez değişeceği, yani yaklaşık 2.718 kat artacağı veya azalacağı süreyi belirleyen zaman karakteristiği diyoruz. ilk durumla karşılaştırıldığında.
Örneğin, bir DC gerilim kaynağı, bir kapasitör ve bir dirençten oluşan bir elektrik devresini ele alalım. Bir direncin bir kondansatöre seri olarak bağlandığı bu devre tipine RC entegre devresi denir.
İlk anda böyle bir devreye güç sağlarsanız, yani girişte sabit bir Uin voltajı ayarlarsanız, o zaman Uout - kapasitördeki voltaj katlanarak artmaya başlayacaktır.
t1 süresinden sonra, kondansatör voltajı giriş voltajının %63,2'sine ulaşacaktır. Dolayısıyla, ilk andan t1'e kadar olan zaman aralığı, bu RC devresinin zaman sabitidir.
Bu zincir sabiti "tau" olarak adlandırılır, saniye cinsinden ölçülür ve karşılık gelen Yunanca harfle gösterilir. Sayısal olarak, bir RC devresi için, R * C'ye eşittir; burada R, ohm cinsindendir ve C, farad cinsindendir.
Entegre RC devreleri, elektronikte, daha yüksek frekansların kesilmesi (bastırılması) ve daha düşük frekansların geçirilmesi gerektiğinde düşük geçişli filtreler olarak kullanılır.
Uygulamada, bu tür bir filtrelemenin mekanizması aşağıdaki prensibe dayanmaktadır. Alternatif akım için, kapasitör, değeri frekansla ters orantılı olan kapasitif bir direnç görevi görür, yani frekans ne kadar yüksek olursa, kapasitörün ohm cinsinden reaktansı o kadar düşük olur.
Bu nedenle, RC devresinden bir alternatif akım geçirilirse, o zaman voltaj bölücünün kolunda olduğu gibi, kondansatör boyunca, geçen akımın frekansındaki kapasitansıyla orantılı olarak belirli bir voltaj düşecektir.
Giriş alternatif sinyalinin kesme frekansı ve genliği biliniyorsa, tasarımcının RC devresinde böyle bir kapasitör ve direnç seçmesi zor olmayacaktır, böylece minimum (kesme) voltajı (için) kesme frekansı - frekansın üst sınırı) kapasitöre düşer, çünkü reaktans bir dirençle birlikte bölücüye girer.
Şimdi sözde farklılaştırıcı devreyi düşünün. Seri bağlı bir direnç ve bir indüktörden oluşan bir devre, bir RL devresidir. Zaman sabiti, sayısal olarak L / R'ye eşittir; burada L, henries cinsinden bobinin endüktansıdır ve R, direncin ohm cinsinden direncidir.
Böyle bir devreye bir kaynaktan sabit bir voltaj uygulanırsa, bir süre tau sonra bobinin voltajı U'ya kıyasla% 63,2, yani bu elektrik devresi için zaman sabitinin değerine tam olarak uygun olarak azalır. .
AC devrelerinde (alternatif sinyaller), LR devreleri, düşük frekansların kesilmesi (bastırılması) gerektiğinde ve (kesme frekansının üstündeki - alt frekans limiti) üzerindeki frekansların atlanması gerektiğinde yüksek geçişli filtreler olarak kullanılır.Bu nedenle, bobinin endüktansı ne kadar yüksek olursa, frekans o kadar yüksek olur.
Yukarıda tartışılan RC devresinde olduğu gibi, burada voltaj bölücü prensibi kullanılır. Dirençle birlikte voltaj bölücünün bir parçası olan endüktif dirençte olduğu gibi, RL devresinden geçen daha yüksek frekanslı bir akım, endüktans L boyunca daha büyük bir voltaj düşüşüne neden olacaktır. Tasarımcının görevi, bobinin minimum (sınır) voltajı tam olarak sınır frekansında elde edilecek şekilde R ve L'yi seçmektir.