ค่าคงที่เวลาของวงจรไฟฟ้า - คืออะไรและใช้ที่ไหน

กระบวนการเป็นระยะมีอยู่ตามธรรมชาติ: กลางวันตามด้วยกลางคืน ฤดูร้อนถูกแทนที่ด้วยความหนาวเย็น ฯลฯ ช่วงเวลาของเหตุการณ์เหล่านี้เกือบจะคงที่ ดังนั้นจึงสามารถกำหนดได้อย่างเข้มงวด ยิ่งกว่านั้น เรามีสิทธิที่จะอ้างว่ากระบวนการทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นเป็นระยะตามที่ยกตัวอย่างมานั้นไม่ได้เสื่อมค่าลง อย่างน้อยก็ในแง่ของอายุขัยของบุคคล

อย่างไรก็ตาม ในด้านเทคโนโลยี วิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการทั้งหมดไม่ได้เป็นระยะและต่อเนื่อง โดยปกติแล้ว กระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าบางอย่างจะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง บ่อยครั้งที่สสารถูกจำกัดอยู่เฉพาะช่วงเริ่มต้นของการสั่น ซึ่งไม่มีเวลาพอที่จะเพิ่มความเร็ว

บ่อยครั้งในวิศวกรรมไฟฟ้า คุณจะพบสิ่งที่เรียกว่าภาวะชั่วคราวแบบเอกซ์โปเนนเชียล ซึ่งสาระสำคัญคือระบบพยายามที่จะเข้าถึงสภาวะสมดุลซึ่งในที่สุดจะดูเหมือนสภาวะพัก การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวสามารถเพิ่มหรือลดก็ได้

แรงจากภายนอกจะนำระบบไดนามิกออกจากสมดุลก่อน จากนั้นจะไม่ขัดขวางการกลับคืนสู่สภาพเดิมตามธรรมชาติของระบบนี้ ขั้นตอนสุดท้ายนี้เรียกว่ากระบวนการเปลี่ยนผ่านซึ่งมีระยะเวลาหนึ่ง นอกจากนี้ กระบวนการทำให้ระบบเสียสมดุลยังเป็นกระบวนการชั่วคราวที่มีลักษณะระยะเวลา

ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งค่าคงที่เวลาของกระบวนการชั่วคราวเราเรียกว่าลักษณะเวลาซึ่งกำหนดเวลาหลังจากนั้นพารามิเตอร์บางอย่างของกระบวนการนี้จะเปลี่ยนเวลา «e» นั่นคือจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงประมาณ 2.718 เท่า เมื่อเทียบกับสถานะเริ่มต้น

ตัวอย่างเช่น พิจารณาวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรง ตัวเก็บประจุ และตัวต้านทาน วงจรประเภทนี้ที่ตัวต้านทานต่ออนุกรมกับตัวเก็บประจุเรียกว่าวงจรรวม RC

หากในช่วงเวลาเริ่มต้นเพื่อจ่ายพลังงานให้กับวงจรดังกล่าวนั่นคือการตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าคงที่ Uin ที่อินพุตจากนั้น Uout - แรงดันไฟฟ้าในตัวเก็บประจุจะเริ่มเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ

หลังจากเวลา t1 แรงดันของตัวเก็บประจุจะถึง 63.2% ของแรงดันอินพุต ดังนั้น ช่วงเวลาจากชั่วขณะเริ่มต้นถึง t1 คือค่าคงที่เวลาของวงจร RC นี้

ค่าคงที่ของสายโซ่นี้เรียกว่า «เอกภาพ» วัดเป็นวินาทีและระบุด้วยอักษรกรีกที่เกี่ยวข้อง ตัวเลขสำหรับวงจร RC จะเท่ากับ R * C โดยที่ R มีหน่วยเป็นโอห์ม และ C มีหน่วยเป็นฟารัด

การรวมวงจร RC จะใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำเมื่อต้องตัดความถี่ที่สูงกว่าออก (ระงับ) และความถี่ที่ต่ำกว่าจะต้องส่งผ่าน

ในทางปฏิบัติ กลไกการกรองดังกล่าวใช้หลักการดังต่อไปนี้ สำหรับกระแสสลับ ตัวเก็บประจุทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานแบบ capacitive ซึ่งค่านี้จะแปรผกผันกับความถี่ นั่นคือ ยิ่งความถี่สูง ค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุในหน่วยโอห์มก็จะยิ่งต่ำลง

ดังนั้นหากกระแสสลับถูกส่งผ่านวงจร RC เช่นเดียวกับที่แขนของตัวแบ่งแรงดัน แรงดันไฟฟ้าจำนวนหนึ่งจะตกคร่อมตัวเก็บประจุตามสัดส่วนของความจุที่ความถี่ของกระแสที่ผ่านไป

หากทราบความถี่การตัดและแอมพลิจูดของสัญญาณสลับอินพุตผู้ออกแบบจะเลือกตัวเก็บประจุและตัวต้านทานดังกล่าวในวงจร RC ได้ไม่ยากเพื่อให้แรงดันไฟฟ้า (ตัด) ขั้นต่ำ (สำหรับ ความถี่ตัด - ขีด จำกัด บนของความถี่) ตกที่ตัวเก็บประจุเนื่องจากรีแอกแตนซ์เข้าสู่ตัวแบ่งพร้อมกับตัวต้านทาน

ตอนนี้ให้พิจารณาวงจรความแตกต่างที่เรียกว่า เป็นวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำต่ออนุกรมกัน เป็นวงจร RL ค่าคงที่ของเวลามีค่าเท่ากับ L / R โดยที่ L คือค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดในหน่วยเฮนรี่ และ R คือความต้านทานของตัวต้านทานในหน่วยโอห์ม

หากใช้แรงดันคงที่จากแหล่งจ่ายกับวงจรดังกล่าว หลังจากผ่านไปสักระยะ แรงดันของขดลวดจะลดลงเมื่อเทียบกับ U ใน 63.2% นั่นคือเต็มตามค่าของค่าคงที่เวลาสำหรับวงจรไฟฟ้านี้ .

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ (สัญญาณสลับ) วงจร LR จะถูกใช้เป็นตัวกรองความถี่สูงเมื่อต้องตัดความถี่ต่ำ (ระงับ) และความถี่ด้านบน (เหนือความถี่ตัด - ขีดจำกัดความถี่ล่าง) - จะถูกละเว้นดังนั้นยิ่งค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดสูงเท่าใดความถี่ก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ในกรณีของวงจร RC ที่กล่าวถึงข้างต้น หลักการแบ่งแรงดันจะใช้ที่นี่ กระแสความถี่สูงที่ส่งผ่านวงจร RL จะส่งผลให้แรงดันตกคร่อมตัวเหนี่ยวนำ L มากขึ้น เช่นเดียวกับความต้านทานอุปนัยที่เป็นส่วนหนึ่งของตัวแบ่งแรงดันพร้อมกับตัวต้านทาน งานของผู้ออกแบบคือเลือก R และ L ดังกล่าวเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ (ขอบเขต) ของขดลวดที่ความถี่ขอบเขต