الثابت الزمني للدائرة الكهربائية - ما هو وأين يتم استخدامه
العمليات الدورية متأصلة في الطبيعة: النهار يليه الليل ، والفصل الدافئ يحل محله البرد ، وما إلى ذلك. فترة هذه الأحداث ثابتة تقريبًا وبالتالي يمكن تحديدها بدقة. علاوة على ذلك ، يحق لنا الادعاء بأن العمليات الطبيعية الدورية المذكورة كمثال لا تنخفض قيمتها ، على الأقل من حيث عمر الشخص.
ومع ذلك ، في التكنولوجيا والهندسة الكهربائية والإلكترونيات ، على وجه الخصوص ، ليست كل العمليات دورية ومستمرة. عادة ، تزداد بعض العمليات الكهرومغناطيسية أولاً ثم تنخفض. غالبًا ما تقتصر المادة فقط على مرحلة بداية التذبذب ، والتي ليس لديها وقت لالتقاط السرعة حقًا.
في كثير من الأحيان في الهندسة الكهربائية ، يمكنك العثور على ما يسمى العابرين الأسي ، وجوهرها هو أن النظام يسعى ببساطة للوصول إلى حالة توازن ، والتي تبدو في النهاية وكأنها حالة من الراحة. يمكن أن يكون هذا الانتقال إما زيادة أو نقصانًا.
تقوم القوة الخارجية أولاً بإخراج النظام الديناميكي من التوازن ، ثم لا تمنع العودة الطبيعية لهذا النظام إلى حالته الأصلية. هذه المرحلة الأخيرة هي ما يسمى بالعملية الانتقالية ، والتي تتميز بمدة معينة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عملية عدم توازن النظام هي أيضًا عملية عابرة ذات مدة مميزة.
بطريقة أو بأخرى ، ثابت الوقت للعملية العابرة ، نسميها خاصية الوقت ، والتي تحدد الوقت الذي ستتغير بعده معلمة معينة من هذه العملية مرة "e" ، أي أنها ستزيد أو تنقص بنحو 2.718 مرة مقارنة بالحالة الأولية.
لنأخذ على سبيل المثال دائرة كهربائية تتكون من مصدر جهد مستمر ومكثف ومقاوم. يسمى هذا النوع من الدوائر حيث يتم توصيل المقاوم في سلسلة بمكثف بدائرة دمج RC.
إذا كان في اللحظة الأولى لتزويد الطاقة لمثل هذه الدائرة ، أي لتعيين جهد ثابت Uin عند الإدخال ، فإن Uout - الجهد في المكثف ، سيبدأ في النمو بشكل كبير.
بعد الوقت t1 ، سيصل جهد المكثف إلى 63.2٪ من جهد الدخل. لذا ، فإن الفاصل الزمني من اللحظة الأولية إلى t1 هو ثابت الوقت لدائرة RC هذه.
يسمى ثابت السلسلة هذا بـ «تاو» ، ويقاس بالثواني ويُشار إليه بالحرف اليوناني المقابل. عدديًا ، بالنسبة لدائرة RC ، فهي تساوي R * C ، حيث R بالأوم و C بالفاراد.
تُستخدم دارات RC المتكاملة في الإلكترونيات كمرشحات منخفضة التمرير عندما يجب قطع (قمع) الترددات الأعلى وتمرير الترددات المنخفضة.
في الممارسة العملية ، تعتمد آلية هذا الترشيح على المبدأ التالي. بالنسبة للتيار المتردد ، يعمل المكثف كمقاومة سعوية ، تتناسب قيمتها عكسياً مع التردد ، أي أنه كلما زاد التردد ، انخفض تفاعل المكثف بالأوم.
لذلك ، إذا تم تمرير تيار متناوب عبر دائرة RC ، فعندئذ ، كما هو الحال في ذراع مقسم الجهد ، سينخفض جهد معين عبر المكثف ، بما يتناسب مع سعته عند تردد التيار المار.
إذا كان تردد القطع وسعة إشارة الإدخال المتناوبة معروفين ، فلن يكون من الصعب على المصمم اختيار مثل هذا المكثف والمقاوم في دائرة RC ، بحيث يكون الحد الأدنى (للقطع) الجهد (بالنسبة للتيار الكهربائي). تردد القطع - الحد الأعلى للتردد) يقع على المكثف ، لأن المفاعلة تدخل الحاجز مع المقاوم.
فكر الآن في ما يسمى بدائرة التمايز. إنها دائرة تتكون من المقاوم ومحث متصل في سلسلة ، دائرة RL. ثابت الوقت الخاص به يساوي عدديًا L / R ، حيث L هي محاثة الملف في henries و R هي مقاومة المقاوم بالأوم.
إذا تم تطبيق جهد ثابت من مصدر على مثل هذه الدائرة ، فبعد مرور بعض الوقت ، سينخفض جهد الملف مقارنة بـ U بنسبة 63.2٪ ، أي بالتوافق التام مع قيمة الوقت الثابت لهذه الدائرة الكهربائية .
في دارات التيار المتناوب (الإشارات المتناوبة) ، تُستخدم دارات LR كمرشحات عالية التمرير عندما يجب قطع (كبت) الترددات المنخفضة ويتم حذف الترددات أعلاه (فوق تردد القطع - الحد الأدنى للتردد).لذلك ، كلما زاد تحريض الملف ، زاد التردد.
كما في حالة دائرة RC التي تمت مناقشتها أعلاه ، يتم استخدام مبدأ مقسم الجهد هنا. سينتج عن تيار التردد العالي الذي يمر عبر دائرة RL انخفاضًا أكبر في الجهد عبر المحاثة L ، كما هو الحال مع المقاومة الحثية التي تعد جزءًا من مقسم الجهد جنبًا إلى جنب مع المقاوم. تتمثل مهمة المصمم في اختيار R و L بحيث يتم الحصول على الجهد الأدنى (الحدودي) للملف بالضبط عند التردد الحدودي.