Что такое постоянная времени в RC-цепи

Постоянная времени отражает изменения, которые происходят в RC-цепи. Сюда относятся скорости изменения зарядов либо состояний проходящих сигналов. Заряд и состояние сигнала напрямую зависят от скорости заряда конденсатора С и его разряда через резистор R. Все это происходит до границы емкости в 63.2%.  Изменения в скорости заряда и разрядки возникают при управляемых колебаниях напряжения и тока на резисторе.

Пример RC-цепи

Формула постоянной

При зарядке и разрядке конденсатора через сопротивление его емкость меняется. Значение постоянной времени показывает период, за который происходит изменение величины емкости. Другими словами, постоянная времени классической RC-цепи — это фиксированный период времени, за который конденсатор набирает заряд до уровня 63.2% от своей емкости и такой же период времени, за который он разряжается до уровня 36.8% от своей емкости. Соответственно данные замеры и фиксации происходят при разных положениях резистора R.

Смысл постоянной времени

Постоянная времени цепи измеряется в секундах. Она является произведением от сопротивления (R), обозначаемого в омах, и емкости конденсатора (С) в фарадах. Следовательно, формула постоянной выглядит так:

Формула постоянной времени

Особенности изменения постоянной времени

Чтобы эффективно использовать и анализировать постоянную времени RC-цепи, необходимо учитывать такие особенности, как:

• Точное определение времени зарядки либо разрядки конденсатора. Тут границей заряда либо разряда принято считать 63.2% емкости конденсатора.
• Фильтрация высокочастотных составляющих входного сигнала. Цепи с постоянной времени сглаживают возможные изменения входного сигнала. За счет этого не возникает критических перепадов на элементах цепи.
• Интеграция и дифференциация. Это касается сигнала, проходящего по цепи. Интеграция сигнала происходит, например, при преобразовании его синусоиды в косинусоиду.
• Временная задержка. Данная функция является полезной и необходимой. При синхронизации сигналов нужен точный подбор их колебаний.
• Стабильность. При значительном превышении уровня колебаний возникают искажения сигнала и его нежелательные изменения. Поэтому RC цепь необходима для стабилизации колебаний сигнала.

График изменения напряжения и постоянной времени

Где используется

Цепи с постоянной времени находят широкое применение в электронике и электротехнических устройствах. Вот наиболее используемые области применения:

• Фильтрация проходящих сигналов. Используется в низкочастотных фильтрах, высокочастотных и полосовых. Одни частоты они пропускают, другие же ослабляют. Это происходит со всеми сигналами, которые идут произвольно либо цепочкой.
• Генераторы задержек. При передаче сигнала посредством цепи постоянной времени может осуществляться его задержка на определенный период времени. Это необходимо для синхронизации сигнала либо для временных задержек в конкретной системе.
• Таймер и генератор сигналов. Функционирует как генератор временных задержек либо определенных временных интервалов. Входит в состав схем устройств тайминга, мультивибраторов и генераторов разных импульсов.
• Компенсация низкого уровня сигнала. Применяется в устройства,х где необходимо усилить входящий сигнал и стабилизировать его.
• Аналоговые вычисления. В системах, где требуются процессы вычислений, интерпретаторах (программы которые считывают и проверяют определенный исходный код на заданном языке). Тут необходимы функции программ согласно заданным уравнениям или условиям.
• В электрофизиологии и биомедицине. Тут RC цепи используются для замеров электрокардиограмм и электроэнцефалограмм.

Область применения

Благодаря своей простоте и функциональности область использования RC-цепей довольно велика. Знание их основ работы и особенностей помогает при проектировании сложных вычислительных систем и алгоритмов.

Видео по теме