La constante de temps d'un circuit électrique - qu'est-ce que c'est et où il est utilisé

Les processus périodiques sont inhérents à la nature : le jour est suivi de la nuit, la saison chaude est remplacée par le froid, etc. La période de ces événements est presque constante et peut donc être strictement déterminée. De plus, nous sommes en droit d'affirmer que les processus naturels périodiques cités en exemple ne se déprécient pas, du moins en termes de durée de vie d'une personne.

Cependant, en technologie, en génie électrique et en électronique, en particulier, tous les processus ne sont pas périodiques et continus. Habituellement, certains processus électromagnétiques augmentent d'abord puis diminuent. Souvent la matière n'est limitée qu'à la phase du début de l'oscillation, qui n'a pas le temps de prendre réellement de la vitesse.

Très souvent, en génie électrique, vous pouvez trouver des transitoires dits exponentiels, dont l'essence est que le système s'efforce simplement d'atteindre un état d'équilibre, qui ressemble finalement à un état de repos. Une telle transition peut être croissante ou décroissante.

La force extérieure amène d'abord le système dynamique hors d'équilibre, puis n'empêche pas le retour naturel de ce système à son état d'origine. Cette dernière phase est le processus dit de transition, qui se caractérise par une certaine durée. De plus, le processus de déséquilibre du système est également un processus transitoire avec une durée caractéristique.

D'une manière ou d'une autre, la constante de temps du processus transitoire, nous l'appelons sa caractéristique de temps, qui détermine le temps après lequel un certain paramètre de ce processus changera fois «e», c'est-à-dire qu'il augmentera ou diminuera d'environ 2,718 fois par rapport à l'état initial.

Considérons, par exemple, un circuit électrique composé d'une source de tension continue, d'un condensateur et d'une résistance. Ce type de circuit où une résistance est connectée en série avec un condensateur est appelé un circuit d'intégration RC.

Si au moment initial d'alimenter un tel circuit, c'est-à-dire de définir une tension constante Uin à l'entrée, alors Uout - la tension dans le condensateur, commencera à croître de manière exponentielle.

Après l'instant t1, la tension du condensateur atteindra 63,2 % de la tension d'entrée. Ainsi, l'intervalle de temps entre l'instant initial et t1 est la constante de temps de ce circuit RC.

Cette constante de chaîne est appelée «tau», mesurée en secondes et indiquée par sa lettre grecque correspondante. Numériquement, pour un circuit RC, il est égal à R * C, où R est en ohms et C est en farads.

Les circuits RC d'intégration sont utilisés en électronique comme filtres passe-bas lorsque les fréquences plus élevées doivent être coupées (supprimées) et que les fréquences plus basses doivent être traversées.

En pratique, le mécanisme d'une telle filtration repose sur le principe suivant. Pour le courant alternatif, le condensateur agit comme une résistance capacitive dont la valeur est inversement proportionnelle à la fréquence, c'est-à-dire que plus la fréquence est élevée, plus la réactance du condensateur en ohms sera faible.

Par conséquent, si un courant alternatif traverse le circuit RC, alors, comme sur le bras du diviseur de tension, une certaine tension chutera aux bornes du condensateur, proportionnelle à sa capacité à la fréquence du courant passé.

Si la fréquence de coupure et l'amplitude du signal alternatif d'entrée sont connues, il ne sera pas difficile pour le concepteur de choisir un tel condensateur et une telle résistance dans le circuit RC, de sorte que la tension minimale (de coupure) (pour le fréquence de coupure - la limite supérieure de la fréquence) tombe sur le condensateur, puisque la réactance entre dans le diviseur avec une résistance.

Considérons maintenant le circuit dit de différenciation. C'est un circuit composé d'une résistance et d'une inductance connectées en série, un circuit RL. Sa constante de temps est numériquement égale à L / R, où L est l'inductance de la bobine en henry et R est la résistance de la résistance en ohms.

Si une tension constante d'une source est appliquée à un tel circuit, après un certain temps tau, la tension de la bobine diminuera par rapport à U in de 63,2%, c'est-à-dire en pleine conformité avec la valeur de la constante de temps pour ce circuit électrique .

Dans les circuits AC (signaux alternatifs), les circuits LR sont utilisés comme filtres passe-haut lorsque les basses fréquences doivent être coupées (supprimées) et les fréquences supérieures (au-dessus de la fréquence de coupure - la limite de fréquence inférieure) - sont omises.Ainsi, plus l'inductance de la bobine est élevée, plus la fréquence est élevée.

Comme dans le cas du circuit RC discuté ci-dessus, le principe du diviseur de tension est utilisé ici. Un courant de fréquence plus élevée traversant le circuit RL entraînera une chute de tension plus importante à travers l'inductance L, comme avec la résistance inductive qui fait partie du diviseur de tension avec la résistance. La tâche du concepteur est de choisir ces R et L de sorte que la tension minimale (limite) de la bobine soit obtenue exactement à la fréquence limite.