Konstanta waktu sirkuit listrik — apa itu dan di mana digunakan

Proses periodik melekat di alam: siang diikuti malam, musim hangat digantikan oleh dingin, dll. Periode peristiwa ini hampir konstan dan oleh karena itu dapat ditentukan dengan ketat. Selain itu, kami berhak mengklaim bahwa proses alami periodik yang dikutip sebagai contoh tidak menyusut, setidaknya dalam jangka waktu hidup seseorang.

Namun dalam teknologi, terutama di bidang teknik elektro dan elektronika, tidak semua proses bersifat periodik dan kontinyu. Biasanya, beberapa proses elektromagnetik mula-mula meningkat dan kemudian menurun. Seringkali materi hanya terbatas pada fase awal osilasi, yang tidak memiliki waktu untuk benar-benar menambah kecepatan.

Cukup sering dalam teknik kelistrikan Anda dapat menemukan apa yang disebut transien eksponensial, yang intinya adalah bahwa sistem hanya berusaha untuk mencapai suatu keadaan keseimbangan, yang pada akhirnya terlihat seperti keadaan diam. Transisi semacam itu dapat meningkat atau menurun.

Gaya eksternal pertama-tama membawa sistem dinamis keluar dari kesetimbangan, dan kemudian tidak mencegah kembalinya sistem ini secara alami ke keadaan semula. Fase terakhir inilah yang disebut proses transisi, yang ditandai dengan durasi tertentu. Selain itu, proses ketidakseimbangan sistem juga merupakan proses sementara dengan durasi yang khas.

Dengan satu atau lain cara, konstanta waktu dari proses transien, kami menyebutnya karakteristik waktunya, yang menentukan waktu setelah parameter tertentu dari proses ini akan mengubah waktu «e», yaitu, akan bertambah atau berkurang sekitar 2,718 kali dibandingkan dengan keadaan awal.

Pertimbangkan, misalnya, rangkaian listrik yang terdiri dari sumber tegangan DC, kapasitor, dan resistor. Jenis rangkaian di mana resistor dihubungkan secara seri dengan kapasitor disebut rangkaian integrasi RC.

Jika pada saat awal waktu untuk memasok daya ke rangkaian seperti itu, yaitu, untuk mengatur tegangan konstan Uin pada input, maka Uout - tegangan dalam kapasitor, akan mulai tumbuh secara eksponensial.

Setelah waktu t1, tegangan kapasitor akan mencapai 63,2% dari tegangan input. Jadi, interval waktu dari saat awal ke t1 adalah konstanta waktu dari rangkaian RC ini.

Konstanta rantai ini disebut «tau», diukur dalam detik dan ditunjukkan dengan huruf Yunani yang sesuai. Secara numerik, untuk rangkaian RC sama dengan R * C, di mana R dalam ohm dan C dalam farad.

Mengintegrasikan sirkuit RC digunakan dalam elektronik sebagai filter low-pass ketika frekuensi yang lebih tinggi harus dipotong (ditekan) dan frekuensi yang lebih rendah harus dilewati.

Dalam praktiknya, mekanisme penyaringan tersebut didasarkan pada prinsip berikut. Untuk arus bolak-balik, kapasitor bertindak sebagai resistansi kapasitif, yang nilainya berbanding terbalik dengan frekuensi, yaitu semakin tinggi frekuensinya, semakin rendah reaktansi kapasitor dalam ohm.

Oleh karena itu, jika arus bolak-balik dilewatkan melalui rangkaian RC, maka, seperti pada lengan pembagi tegangan, tegangan tertentu akan turun melintasi kapasitor, sebanding dengan kapasitansinya pada frekuensi arus yang lewat.

Jika frekuensi cut-off dan amplitudo sinyal bolak-balik input diketahui, maka tidak akan sulit bagi perancang untuk memilih kapasitor dan resistor seperti itu di sirkuit RC, sehingga tegangan (cut-off) minimum (untuk frekuensi cut-off - batas atas frekuensi) jatuh pada kapasitor, karena reaktansi memasuki pembagi bersama dengan resistor.

Sekarang pertimbangkan apa yang disebut sirkuit pembeda. Ini adalah rangkaian yang terdiri dari resistor dan induktor yang dihubungkan secara seri, rangkaian RL. Konstanta waktunya secara numerik sama dengan L / R, di mana L adalah induktansi koil dalam henries dan R adalah resistansi resistor dalam ohm.

Jika tegangan konstan dari sumber diterapkan ke rangkaian seperti itu, setelah beberapa waktu tau tegangan kumparan akan berkurang dibandingkan dengan U sebesar 63,2%, yaitu, sepenuhnya sesuai dengan nilai konstanta waktu untuk rangkaian listrik ini .

Di sirkuit AC (sinyal bolak-balik), sirkuit LR digunakan sebagai filter high-pass ketika frekuensi rendah harus dipotong (ditekan) dan frekuensi di atas (di atas frekuensi cut-off — batas frekuensi yang lebih rendah) — dihilangkan.Jadi, semakin tinggi induktansi koil, semakin tinggi frekuensinya.

Seperti dalam kasus rangkaian RC yang dibahas di atas, prinsip pembagi tegangan digunakan di sini. Arus frekuensi yang lebih tinggi yang melewati rangkaian RL akan menghasilkan penurunan tegangan yang lebih besar pada induktansi L, seperti halnya resistansi induktif yang merupakan bagian dari pembagi tegangan bersama dengan resistor. Tugas perancang adalah memilih R dan L sehingga tegangan minimum (batas) koil diperoleh tepat pada frekuensi batas.