Hằng số thời gian của một mạch điện - nó là gì và nó được sử dụng ở đâu

Các quá trình định kỳ vốn có trong tự nhiên: ngày nối tiếp đêm, mùa ấm áp được thay thế bằng mùa lạnh, v.v. Khoảng thời gian của những sự kiện này gần như không đổi và do đó có thể được xác định một cách chặt chẽ. Hơn nữa, chúng ta có quyền tuyên bố rằng các quá trình tự nhiên định kỳ được trích dẫn làm ví dụ không hề giảm giá trị, ít nhất là về tuổi thọ của một người.

Tuy nhiên, trong công nghệ, đặc biệt là kỹ thuật điện và điện tử, không phải quá trình nào cũng diễn ra tuần hoàn và liên tục. Thông thường, một số quá trình điện từ đầu tiên tăng và sau đó giảm. Thường thì vật chất chỉ giới hạn trong giai đoạn bắt đầu dao động, không có thời gian để thực sự tăng tốc.

Khá thường xuyên trong kỹ thuật điện, bạn có thể tìm thấy cái gọi là quá độ theo cấp số nhân, bản chất của nó là hệ thống chỉ đơn giản là cố gắng đạt đến trạng thái cân bằng nào đó, cuối cùng trông giống như trạng thái nghỉ. Quá trình chuyển đổi như vậy có thể tăng hoặc giảm.

Ngoại lực trước tiên đưa hệ động ra khỏi trạng thái cân bằng, sau đó không ngăn cản sự trở lại tự nhiên của hệ này về trạng thái ban đầu. Giai đoạn cuối cùng này được gọi là quá trình chuyển tiếp, được đặc trưng bởi một khoảng thời gian nhất định. Ngoài ra, quá trình mất cân bằng hệ thống còn là quá trình nhất thời với thời gian đặc trưng.

Bằng cách này hay cách khác, hằng số thời gian của quá trình nhất thời, chúng tôi gọi là đặc tính thời gian của nó, xác định thời gian mà sau đó một tham số nhất định của quá trình này sẽ thay đổi lần «e», nghĩa là nó sẽ tăng hoặc giảm khoảng 2,718 lần so với trạng thái ban đầu.

Ví dụ, hãy xem xét một mạch điện bao gồm nguồn điện áp DC, tụ điện và điện trở. Loại mạch này trong đó một điện trở được mắc nối tiếp với một tụ điện được gọi là mạch tích phân RC.

Nếu tại thời điểm ban đầu cung cấp năng lượng cho một mạch như vậy, nghĩa là đặt điện áp không đổi Uin ở đầu vào, thì Uout - điện áp trong tụ điện, sẽ bắt đầu tăng theo cấp số nhân.

Sau thời gian t1 thì hiệu điện thế trên tụ điện đạt 63,2% hiệu điện thế vào. Vì vậy, khoảng thời gian từ thời điểm ban đầu đến t1 là hằng số thời gian của mạch RC này.

Hằng số chuỗi này được gọi là «tau», được đo bằng giây và được biểu thị bằng chữ cái Hy Lạp tương ứng của nó. Về số lượng, đối với mạch RC, nó bằng R * C, trong đó R tính bằng ôm và C tính bằng farad.

Các mạch RC tích hợp được sử dụng trong điện tử làm bộ lọc thông thấp khi các tần số cao hơn phải bị cắt (triệt tiêu) và các tần số thấp hơn phải được truyền qua.

Trong thực tế, cơ chế lọc như vậy dựa trên nguyên tắc sau. Đối với dòng điện xoay chiều, tụ điện đóng vai trò là điện trở điện dung, giá trị của nó tỷ lệ nghịch với tần số, nghĩa là tần số càng cao thì điện kháng của tụ điện tính bằng ôm càng thấp.

Do đó, nếu một dòng điện xoay chiều chạy qua mạch RC, thì, giống như trên nhánh của bộ chia điện áp, một điện áp nhất định sẽ giảm trên tụ điện, tỷ lệ thuận với điện dung của nó ở tần số của dòng điện chạy qua.

Nếu đã biết tần số cắt và biên độ của tín hiệu xoay chiều đầu vào, thì người thiết kế sẽ không khó để chọn một tụ điện và điện trở như vậy trong mạch RC, sao cho điện áp (ngắt) tối thiểu (đối với tần số cắt - giới hạn trên của tần số) rơi vào tụ điện, do điện kháng đi vào dải phân cách cùng với điện trở.

Bây giờ hãy xem xét cái gọi là mạch phân biệt. Là đoạn mạch gồm điện trở và cuộn cảm mắc nối tiếp là đoạn mạch RL. Hằng số thời gian của nó bằng số L / R, trong đó L là độ tự cảm của cuộn dây tính bằng henries và R là điện trở của điện trở tính bằng ôm.

Nếu đặt một hiệu điện thế không đổi từ một nguồn vào mạch như vậy thì sau một thời gian tau, hiệu điện thế của cuộn dây sẽ giảm 63,2% so với U, tức là hoàn toàn phù hợp với giá trị của hằng số thời gian đối với mạch điện này .

Trong các mạch AC (tín hiệu xoay chiều), các mạch LR được sử dụng làm bộ lọc thông cao khi các tần số thấp phải bị cắt (triệt tiêu) và các tần số trên (trên tần số cắt — giới hạn tần số thấp hơn) — bị bỏ qua.Vì vậy, độ tự cảm của cuộn dây càng cao thì tần số càng cao.

Như trong trường hợp mạch RC đã thảo luận ở trên, nguyên tắc phân áp được sử dụng ở đây. Dòng điện có tần số cao hơn chạy qua mạch RL sẽ dẫn đến điện áp rơi trên cuộn cảm L lớn hơn, giống như điện trở cảm ứng là một phần của bộ chia điện áp cùng với điện trở. Nhiệm vụ của người thiết kế là chọn R và L như vậy sao cho điện áp (biên) tối thiểu của cuộn dây thu được chính xác ở tần số biên.