A constante de tempo de um circuito elétrico - o que é e onde é usado

Os processos periódicos são inerentes à natureza: o dia é seguido pela noite, a estação quente é substituída pelo frio, etc. O período desses eventos é quase constante e, portanto, pode ser estritamente determinado. Além disso, temos o direito de afirmar que os processos naturais periódicos citados como exemplo não são depreciativos, pelo menos em termos do tempo de vida de uma pessoa.

Porém, na tecnologia, na engenharia elétrica e na eletrônica, principalmente, nem todos os processos são periódicos e contínuos. Normalmente, alguns processos eletromagnéticos primeiro aumentam e depois diminuem. Freqüentemente, a matéria é limitada apenas à fase do início da oscilação, que não tem tempo para realmente ganhar velocidade.

Muitas vezes, na engenharia elétrica, você pode encontrar os chamados transientes exponenciais, cuja essência é que o sistema simplesmente se esforça para alcançar algum estado de equilíbrio, que eventualmente parece um estado de repouso. Essa transição pode ser crescente ou decrescente.

A força externa primeiro tira o sistema dinâmico do equilíbrio e depois não impede o retorno natural desse sistema ao seu estado original. Esta última fase é o chamado processo de transição, que se caracteriza por uma certa duração. Além disso, o processo de desbalanceamento do sistema também é um processo transitório com uma duração característica.

De uma forma ou de outra, a constante de tempo do processo transiente, chamamos de característica de tempo, que determina o tempo após o qual um determinado parâmetro desse processo mudará vezes «e», ou seja, aumentará ou diminuirá cerca de 2,718 vezes em comparação com o estado inicial.

Considere, por exemplo, um circuito elétrico que consiste em uma fonte de tensão CC, um capacitor e um resistor. Este tipo de circuito onde um resistor é conectado em série com um capacitor é chamado de circuito integrador RC.

Se no momento inicial fornecer energia a tal circuito, ou seja, definir uma tensão constante Uin na entrada, então Uout - a tensão no capacitor começará a crescer exponencialmente.

Após o tempo t1, a tensão do capacitor atingirá 63,2% da tensão de entrada. Assim, o intervalo de tempo desde o instante inicial até t1 é a constante de tempo deste circuito RC.

Essa constante em cadeia é denominada «tau», medida em segundos e indicada por sua letra grega correspondente. Numericamente, para um circuito RC, é igual a R * C, onde R está em ohms e C está em farads.

Os circuitos RC integrados são usados ​​em eletrônica como filtros passa-baixa quando as frequências mais altas devem ser cortadas (suprimidas) e as frequências mais baixas devem ser passadas.

Na prática, o mecanismo dessa filtragem é baseado no seguinte princípio. Para corrente alternada, o capacitor atua como uma resistência capacitiva, cujo valor é inversamente proporcional à frequência, ou seja, quanto maior a frequência, menor será a reatância do capacitor em ohms.

Portanto, se uma corrente alternada passar pelo circuito RC, então, como no braço do divisor de tensão, uma certa tensão cairá no capacitor, proporcional à sua capacitância na frequência da corrente passada.

Se a frequência de corte e a amplitude do sinal alternado de entrada forem conhecidas, não será difícil para o projetista escolher tal capacitor e resistor no circuito RC, de modo que a tensão mínima (de corte) (para o frequência de corte - o limite superior da frequência) cai no capacitor, pois a reatância entra no divisor junto com um resistor.

Agora considere o chamado circuito diferenciador. É um circuito formado por um resistor e um indutor ligados em série, um circuito RL. Sua constante de tempo é numericamente igual a L/R, onde L é a indutância da bobina em henries e R é a resistência do resistor em ohms.

Se uma tensão constante de uma fonte for aplicada a tal circuito, após algum tempo tau a tensão da bobina diminuirá em relação a U in em 63,2%, ou seja, em total conformidade com o valor da constante de tempo para este circuito elétrico .

Em circuitos CA (sinais alternados), os circuitos LR são usados ​​como filtros passa-alto quando as baixas frequências devem ser cortadas (suprimidas) e as frequências acima (acima da frequência de corte — o limite de frequência inferior) — são omitidas.Assim, quanto maior a indutância da bobina, maior a frequência.

Como no caso do circuito RC discutido acima, o princípio do divisor de tensão é usado aqui. Uma corrente de frequência mais alta passada pelo circuito RL resultará em uma queda de tensão maior na indutância L, como acontece com a resistência indutiva que faz parte do divisor de tensão junto com o resistor. A tarefa do projetista é escolher tais R e L de modo que a tensão mínima (limite) da bobina seja obtida exatamente na frequência limite.