קבוע הזמן של מעגל חשמלי - מה זה והיכן הוא משמש

תהליכים תקופתיים טבועים בטבע: יום מלווה בלילה, העונה החמה מוחלפת בקור וכו'. תקופת האירועים הללו היא כמעט קבועה ולכן ניתן לקבוע אותה בקפדנות. זאת ועוד, רשאים אנו לטעון כי התהליכים הטבעיים התקופתיים המובאים כדוגמה אינם פוחתים, לפחות מבחינת תוחלת חייו של אדם.

עם זאת, בטכנולוגיה, בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה, במיוחד, לא כל התהליכים הם תקופתיים ומתמשכים. בדרך כלל, תהליכים אלקטרומגנטיים מסוימים עולים תחילה ואז יורדים. לעתים קרובות החומר מוגבל רק לשלב של תחילת התנודה, שאין לו זמן באמת לתפוס תאוצה.

לעתים קרובות למדי בהנדסת חשמל ניתן למצוא מה שנקרא ארעיות אקספוננציאליות, שמהותם היא שהמערכת פשוט שואפת להגיע למצב שיווי משקל כלשהו, ​​שנראה בסופו של דבר כמו מצב מנוחה. מעבר כזה יכול להיות גדל או יורד.

הכוח החיצוני מוציא תחילה את המערכת הדינמית משיווי המשקל, ולאחר מכן אינו מונע את החזרה הטבעית של מערכת זו למצבה המקורי. שלב אחרון זה הוא מה שנקרא תהליך המעבר, המאופיין במשך זמן מסוים. בנוסף, תהליך חוסר איזון המערכת הוא גם תהליך חולף עם משך אופייני.

כך או אחרת, קבוע הזמן של התהליך החולף, אנו קוראים לו מאפיין הזמן, הקובע את הזמן שאחריו פרמטר מסוים של תהליך זה ישתנה פעמים «e», כלומר, הוא יגדל או יקטן בכ-2.718 פעמים בהשוואה למצב ההתחלתי.

שקול, למשל, מעגל חשמלי המורכב ממקור מתח DC, קבל ונגד. סוג זה של מעגל שבו נגד מחובר בסדרה עם קבל נקרא מעגל אינטגרציה RC.

אם ברגע הראשוני של הזמן לספק חשמל למעגל כזה, כלומר, להגדיר מתח קבוע Uin בכניסה, אז Uout - המתח בקבל, יתחיל לגדול אקספוננציאלית.

לאחר זמן t1, מתח הקבל יגיע ל-63.2% ממתח הכניסה. אז, מרווח הזמן מהרגע הראשוני ל-t1 הוא קבוע הזמן של מעגל RC זה.

קבוע שרשרת זה נקרא «tau», נמדד בשניות ומצוין באות היוונית המתאימה לו. מבחינה מספרית, עבור מעגל RC, הוא שווה ל-R * C, כאשר R הוא באוהם ו-C הוא בפאראד.

מעגלי RC משולבים משמשים באלקטרוניקה כמסננים נמוכים כאשר יש לנתק (לדכא) תדרים גבוהים יותר ולעבור דרכם תדרים נמוכים יותר.

בפועל, המנגנון של סינון כזה מבוסס על העיקרון הבא. עבור זרם חילופין, הקבל פועל כהתנגדות קיבולית, שערכה הוא ביחס הפוך לתדר, כלומר, ככל שהתדר גבוה יותר, תגובת הקבל תהיה נמוכה יותר באוהם.

לכן, אם מועבר זרם חילופין דרך מעגל ה-RC, אז, כמו בזרוע מחלק המתח, מתח מסוים יירד על פני הקבל, פרופורציונלי לקיבול שלו בתדירות הזרם שעבר.

אם תדר הניתוק והמשרעת של האות המתחלף בכניסה ידועים, אז לא יהיה קשה למתכנן לבחור קבלים ונגד כאלה במעגל ה-RC, כך שהמתח המינימלי (ניתוק) (עבור תדר חיתוך - הגבול העליון של התדר) נופל על הקבל, מכיוון שהריאקטנס נכנס למחלק יחד עם נגד.

עכשיו שקול את מה שנקרא מעגל מבחנה. זהו מעגל המורכב מנגד ומשרן המחוברים בסדרה, מעגל RL. קבוע הזמן שלו שווה מספרית ל-L/R, כאשר L הוא השראות הסליל בהנריס ו-R הוא ההתנגדות של הנגד באוהם.

אם מתח קבוע ממקור מופעל על מעגל כזה, לאחר זמן מה tau מתח הסליל יקטן בהשוואה ל-U in ב-63.2%, כלומר בהתאמה מלאה לערך קבוע הזמן עבור מעגל חשמלי זה .

במעגלי AC (אותות מתחלפים), מעגלי LR משמשים כמסנני מעבר גבוה כאשר יש לנתק (לדכא) תדרים נמוכים ותדרים מעל (מעל תדר החיתוך - גבול התדר התחתון) - מושמטים.לכן, ככל שההשראות של הסליל גבוהה יותר, כך התדר גבוה יותר.

כמו במקרה של מעגל RC שנדון לעיל, כאן נעשה שימוש בעיקרון מחלק המתח. זרם בתדר גבוה יותר המועבר דרך מעגל ה-RL יגרום לירידת מתח גדולה יותר על פני השראות L, כמו בהתנגדות האינדוקטיבית שהיא חלק ממחלק המתח יחד עם הנגד. המשימה של המעצב היא לבחור R ו-L כאלה כך שהמתח המינימלי (גבול) של הסליל יתקבל בדיוק בתדר הגבול.