La constant de temps d'un circuit elèctric: què és i on s'utilitza

Els processos periòdics són inherents a la naturalesa: el dia segueix la nit, l'estació càlida es substitueix per la freda, etc. El període d'aquests esdeveniments és gairebé constant i, per tant, es pot determinar amb rigor. A més, tenim dret a afirmar que els processos naturals periòdics citats com a exemple no es deprecien, almenys pel que fa a la vida d'una persona.

Tanmateix, en tecnologia, en enginyeria elèctrica i electrònica, especialment, no tots els processos són periòdics i continus. Normalment, alguns processos electromagnètics primer augmenten i després disminueixen. Sovint, la matèria només es limita a la fase d'inici de l'oscil·lació, que no té temps per agafar velocitat realment.

Molt sovint a l'enginyeria elèctrica es poden trobar els anomenats transitoris exponencials, l'essència dels quals és que el sistema simplement s'esforça per assolir algun estat d'equilibri, que finalment sembla un estat de repòs. Aquesta transició pot ser creixent o decreixent.

La força externa primer fa que el sistema dinàmic fora d'equilibri, i després no impedeix el retorn natural d'aquest sistema al seu estat original. Aquesta darrera fase és l'anomenat procés de transició, que es caracteritza per una durada determinada. A més, el procés de desequilibri del sistema també és un procés transitori amb una durada característica.

D'una manera o altra, la constant de temps del procés transitori, l'anomenem característica de temps, que determina el temps després del qual un determinat paràmetre d'aquest procés canviarà els temps «e», és a dir, augmentarà o disminuirà unes 2.718 vegades. en comparació amb l'estat inicial.

Considereu, per exemple, un circuit elèctric format per una font de tensió de CC, un condensador i una resistència. Aquest tipus de circuit on una resistència està connectada en sèrie amb un condensador s'anomena circuit integrador RC.

Si en el moment inicial de subministrar energia a aquest circuit, és a dir, establir una tensió constant Uin a l'entrada, aleshores Uout, la tensió del condensador, començarà a créixer exponencialment.

Després del temps t1, la tensió del condensador arribarà al 63,2% de la tensió d'entrada. Per tant, l'interval de temps des de l'instant inicial fins a t1 és la constant de temps d'aquest circuit RC.

Aquesta constant de cadena s'anomena «tau», mesurada en segons i indicada per la seva lletra grega corresponent. Numèricament, per a un circuit RC, és igual a R * C, on R està en ohms i C està en farads.

Els circuits RC integradors s'utilitzen en electrònica com a filtres de pas baix quan les freqüències més altes s'han de tallar (suprimir) i les freqüències més baixes s'han de passar.

A la pràctica, el mecanisme d'aquesta filtració es basa en el principi següent. Per al corrent altern, el condensador actua com una resistència capacitiva, el valor de la qual és inversament proporcional a la freqüència, és a dir, com més gran sigui la freqüència, menor serà la reactància del condensador en ohms.

Per tant, si es fa passar un corrent altern pel circuit RC, aleshores, com al braç del divisor de tensió, una determinada tensió caurà a través del condensador, proporcional a la seva capacitat a la freqüència del corrent que passa.

Si es coneixen la freqüència de tall i l'amplitud del senyal altern d'entrada, no serà difícil per al dissenyador escollir un condensador i una resistència al circuit RC, de manera que la tensió mínima (de tall) (per al freqüència de tall (el límit superior de la freqüència) cau sobre el condensador, ja que la reactància entra al divisor juntament amb una resistència.

Considereu ara l'anomenat circuit diferenciador. És un circuit format per una resistència i un inductor connectats en sèrie, un circuit RL. La seva constant de temps és numèricament igual a L / R, on L és la inductància de la bobina en henries i R és la resistència de la resistència en ohms.

Si s'aplica una tensió constant d'una font a aquest circuit, després d'un temps tau, la tensió de la bobina disminuirà en comparació amb U en un 63,2%, és a dir, d'acord amb el valor de la constant de temps d'aquest circuit elèctric. .

En els circuits de CA (senyals alternatius), els circuits LR s'utilitzen com a filtres de pas alt quan s'han de tallar (suprimir) les freqüències baixes i s'ometen les freqüències superiors (per sobre de la freqüència de tall, el límit de freqüència inferior).Així, com més gran sigui la inductància de la bobina, més gran serà la freqüència.

Com en el cas del circuit RC comentat anteriorment, aquí s'utilitza el principi del divisor de tensió. Un corrent de freqüència més alta que passa pel circuit RL donarà lloc a una caiguda de tensió més gran a través de la inductància L, com passa amb la resistència inductiva que forma part del divisor de tensió juntament amb la resistència. La tasca del dissenyador és triar aquests R i L de manera que la tensió mínima (de límit) de la bobina s'obtingui exactament a la freqüència límit.