Χρονική σταθερά
Τα κυκλώματα πυκνωτών αντιστάσεων δεν υπάρχουν σε σταθερές καταστάσεις συνεχώς. Μπορεί να υπάρξουν διακυμάνσεις στην κατάστασή τους λόγω αλλαγής των επιπέδων τάσης και της εισόδου. Αυτό μπορεί να γίνει ανοίγοντας ή κλείνοντας τον διακόπτη ενός κυκλώματος. Ένα κύκλωμα RC χρειάζεται λίγο χρόνο για να ανταποκριθεί σε αλλαγές στην τάση ή στην είσοδο. Αυτό οφείλεται στην παρουσία αντιστάσεων και πυκνωτών. Ο ρυθμός με τον οποίο το κύκλωμα αλλάζει από μια σταθερή κατάσταση σε μια άλλη καθορίζεται από τη σταθερά χρόνου του κυκλώματος. Αυτή η χρονική σταθερά είναι το γινόμενο της αντίστασης του κυκλώματος σε ohms και της χωρητικότητας του κυκλώματος σε farads. Το ελληνικό γράμμα ταυ το αντιπροσωπεύει.
Έννοια της χρονικής σταθεράς
Η έννοια της σταθεράς χρόνου ενός κυκλώματος RC είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη φόρτιση του πυκνωτή στο 63,2% της τιμής μέσω μιας εφαρμοζόμενης τάσης συνεχούς ρεύματος.
𝜏 =RC
Όπου R είναι αντίσταση κυκλώματος και C είναι χωρητικότητα κυκλώματος
Αντίθετα, η περίοδος που απαιτείται για την εκφόρτιση ενός πυκνωτή στο 36,8% περίπου της τιμής του είναι επίσης μία σταθερά χρόνου του κυκλώματος. Χρησιμοποιείται στους παρακάτω τύπους για να βρείτε την τάση στον πυκνωτή σε σχέση με το χρόνο
- Κατά τη φόρτιση προς την εφαρμοζόμενη τάση από μηδενική τάση(V0) :V(t)=V0(1-e-t/𝜏)
Όπου 𝜏 είναι σταθερά χρόνου RC
- Εκφόρτιση προς μηδενική τάση(V0) :V(t)=V0(e-t/𝜏)
Η χρονική σταθερά RC
Σε ένα κύκλωμα RC, η αντίσταση ανταποκρίνεται σχεδόν αμέσως σε οποιαδήποτε αλλαγή στην τάση που εφαρμόζεται στο κύκλωμα. Ωστόσο, μια αντίσταση δεν αποθηκεύει ενέργεια. Είναι μια παθητική συσκευή που διαχέει ενέργεια με τη μορφή θερμικής ενέργειας. Από την άλλη πλευρά, ένας πυκνωτής μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια με τη μορφή ηλεκτροστατικού πεδίου. Αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια που είναι πλάκες από αγώγιμο υλικό. Ένα μονωτικό υλικό χωρίζει αυτές τις πλάκες. Αυτό το υλικό είναι διηλεκτρικό και μπορεί να αποθηκεύσει ηλεκτροστατική ενέργεια.
Ο πυκνωτής, σε αντίθεση με την αντίσταση, δεν μπορεί να ανταποκριθεί στιγμιαία στις αλλαγές της τάσης που εφαρμόζεται στο κύκλωμα. Θα υπάρχει πάντα ένα σύντομο χρονικό διάστημα αμέσως μετά την πρώτη εφαρμογή της τάσης για να αλλάξει κατάσταση το ρεύμα και η τάση του κυκλώματος κατά μήκος του πυκνωτή. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρξει κάποια καθυστέρηση στην αλλαγή της αποθηκευμένης ενέργειας του πυκνωτή στο ηλεκτρικό του πεδίο. Αυτό ισχύει τόσο για όταν η ενέργεια πρέπει να αυξηθεί όσο και όταν η ενέργεια πρέπει να μειωθεί.
Ο χρόνος που απαιτείται από ένα κύκλωμα για να ανταποκριθεί στις αλλαγές βρίσκεται πάντα σε πολλαπλάσια του γινομένου της αντίστασης και της χωρητικότητας του κυκλώματος. Είναι το γινόμενο των ωμ και φαραντ γραμμένων σε δευτερόλεπτα. Η ακόλουθη εξίσωση εκφράζει το ρεύμα που βρίσκεται στον πυκνωτή.
iC =C(dv/dt)
Εδώ dv είναι η αλλαγή της τάσης και dt είναι η αλλαγή στο χρόνο.
Κύκλωμα πυκνωτή αντίστασης
Εάν το κύκλωμα είναι βραχυκυκλωμένο σε ένα κύκλωμα αντίστασης-πυκνωτή, δεν ρέει ρεύμα μέσω αυτού επειδή δεν είναι συνδεδεμένο στην παροχή τάσης. Μόλις ενεργοποιηθεί ο διακόπτης κυκλώματος, εφαρμόζεται μια ορισμένη τάση στο κύκλωμα. Τη στιγμή που ανοίγει ο διακόπτης, ο πυκνωτής, ο οποίος ήταν πλήρως αποφορτισμένος, λειτουργεί ως βραχυκύκλωμα λόγω της ξαφνικής αλλαγής στην κατάσταση dv/dt.
Συμπέρασμα
Η έννοια της σταθεράς χρόνου είναι ο χρόνος που χρειάζεται ο πυκνωτής για να φορτιστεί στο 63,2% περίπου της πλήρους τιμής του μέσω μιας αντίστασης συνδεδεμένης σε αυτόν σε σειρά. Η σταθερά χρόνου RC (𝜏) είναι το γινόμενο της αντίστασης κυκλώματος (R) και της χωρητικότητας κυκλώματος (C).
𝜏 =RC
Αντίθετα, η σταθερά χρόνου μπορεί επίσης να οριστεί ως ο χρόνος που χρειάζεται ένας πυκνωτής συνδεδεμένος σε μια αντίσταση σε σειρά στο 36,8% περίπου της πλήρους τιμής του. Είναι μια σημαντική τιμή γιατί υποδηλώνει τον ρυθμό ανάπτυξης ή την αποσύνθεση του κυκλώματος. Όσο μικρότερη είναι η τιμή της σταθεράς χρόνου ενός κυκλώματος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός ανάπτυξης ή αποσύνθεσης του κυκλώματος. Και όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της σταθεράς χρόνου ενός κυκλώματος, τόσο χαμηλότερος είναι ο ρυθμός ανάπτυξης ή αποσύνθεσης.
