时间常数电路

一般来说,价值多少“时间常数”的时间需要电压和电流ßettle”最终的值在一个钢筋混凝土或LR电路,从开关是关闭?

假设一位电子技术员方法设计问题。他需要一个简单的电路,输出每次短暂的电压脉冲驱动开关,以便计算机接收到一个脉冲信号每次开关驱动,而不是一个连续的“只要开关驱动信号:

技术人员建议你建立一个被动的微分电路他的应用程序。你从来没有听说过这条赛道,但你可能知道你可以研究找出它是什么!他告诉你是完全好了,如果电路开关时产生负电压脉冲de-actuated:他关心的是一个正电压脉冲电脑每次开关关闭。同时,脉冲需要很短:不超过2毫秒的时间。

鉴于这种信息,画一个示意图,实际被动虚线内的微分电路,完成组件的值。

当一个电路设计师需要一个电路提供一个时间延迟,他或她总是选择一个RC电路代替LR电路。解释这是为什么。

学习数学分析电路需要学习和实践。通常,学生通过大量的实践工作示例问题与那些课本提供的检查他们的答案或老师。虽然这是好的,有一个更好的方法。

你会学到更多构建和分析实际电路,让您的测试设备提供的答案”,而不是一本书或另一个人。成功circuit-building练习,遵循这些步骤:

1。

前仔细测量和记录所有组件值电路结构。

2。

画出电路原理图,进行分析。

3所示。

精心构建这个电路试验板或其他方便的媒介。

4所示。

检查电路的准确性的建设,每个线每个连接点,并验证这些元素在图上一个接一个。

5。

数学分析电路,解决所有值的电压、电流等。

6。

仔细衡量这些量,来验证你的分析的准确性。

7所示。

如果有任何实质性的错误(超过百分之几),仔细检查你的电路的建筑图,然后仔细计算值和re-measure。

避免极高和极低电阻的值,以避免测量误差引起的计“加载”。我建议1 kΩ之间的电阻和100 kΩ,除非,当然,电路的目的是为了说明表加载的影响!

一个方法你可以节省时间和减少错误的可能性逐步开始从一个非常简单的电路和添加组件增加其复杂性分析后,而不是为每个实践构建一个全新的电路问题。另一个节省时间的技巧是重用相同的组件在各种不同的电路配置。这种方式,你不需要测量任何组件的价值不止一次。

电容和电感都有能力商店和释放能量。这使得它们更复杂的比电阻,只是能量消散。因此,电流和电压的极性方向之间的关系是一个更复杂的电容和电感比电源和电阻:

画电流箭头和电压极性标志(符号)旁边的每个组件后,左边代表一个电池,电容器,电感器所有作为能源和正确的组代表一个电阻器,电容器,电感器所有作为能源负载:

假设电路构造,使用一个完全放电电容器(0伏特)和并行的电压表来测量其电压:

会发生什么开关关闭后电容器的电压吗?与你的答案尽可能精确,并解释为什么它也没有什么。

假设这个电路构造,使用一个电感和一个安培计测量当前连接在系列:

会发生什么电感的电流在开关关闭吗?与你的答案尽可能精确,并解释为什么它也没有什么。

图电容器电压(E_C)和电容电流(I_C)随着时间的推移这个电路的开关是关闭的。假设电容器开始于一个完整的卸货状态(0伏特):

图感应电压(E_l)和电感电流(I_l)随着时间的推移这个电路的开关关闭:

有很多很多流程变量的自然科学成长(变大)或衰变(变小)。通常,这些过程的速率增长或腐烂成正比增长或衰减量。放射性衰变是一个例子,放射性物质的衰变率的物质的量成正比。小细菌培养的发展是另一个例子,那里的增长率与活细胞的数量成正比。

在流程的衰变速率的衰减量成正比(如放射性衰变),一个方便的方式表达这种衰变率的时间:需要多长时间一定百分比的衰变发生。放射性物质的衰变率通常表示为半衰期:确切时间衰变一半的实质:

在钢筋混凝土和LR电路,衰减时间表达方式略有不同。而不是测量衰变率的单位半衰期,我们测量单位的衰变率时间常数由希腊字母,象征着“τ”(τ)。

衰变的百分比,发生在一个钢筋混凝土或LR电路后一个时间常数的值的时候,和这个百分比值是如何计算的?注意:这不是50%,因为它是“一半生活”,而是不同的百分比图。

图的曲线衰减,策划点(0,1,2,和3时间常数:

假设为电容器充电电压源,然后切换到一个电阻放电:

更大的电容值会导致较慢的放电,还是快放电?一个更大的电阻值怎么样?你可能会发现欧姆定律”方程电容有助于回答这两个问题:

现在考虑一个电感器,“带电”一个电流源,然后切换为放电电阻:

更大的电感值会导致较慢的放电,还是快放电?一个更大的电阻值怎么样?你可能会发现欧姆定律”方程电感有助于回答这两个问题:

电容器倾向于反对改变电压,所以他们可能被认为是“临时电压源。”时,他们倾向于保持一个恒定的电压随着时间的推移,但是他们不能这么做下去。任何运动的电荷(当前)将改变电容器的电压。

同样,电感可以考虑“临时电流源”因为他们倾向于保持电流恒定随着时间的推移,他们不能这样做下去。任何应用程序(完美)电感电压会改变当前的经历。

鉴于上述特征,确定阻力水平会导致什么最快放电的能量为电容电路和电感电路。考虑每一个活性成分(C和L,分别)作为“临时”能源的储存的能量会随着时间流失,确定每个电路的R值将导致最快的能源消耗,使每个源”工作最难的:“

根据你对这个问题的回答,说明电路电阻(R)是如何影响的RC时间常数(τ)和LR电路。

虽然许多学生很容易理解R的价值如何影响电阻电容充电电路的时间常数(R意味着慢充电;更少的R意味着更快的充电),相反的行为resistor-inductor电路(更少的R意味着慢充电;更多的R意味着更快的充电)似乎难以理解:

电阻电容电路充电行为可能对学生更有意义,因为他们意识到电阻控制充电电流,进而直接影响电容器的电压可能上升的速度:

电流(i)电压的变化率成正比\(\压裂{dv} {dt} \)。因为电流成反比电阻在电路采用电压源,所以必须电容器充电率。

一个有助于解决问题的办法使感应充电电路更明智的是取代系列与其诺顿等效电压源/电阻组合,一个平行的电流源/电阻组合:

Re-analyze的电路形式,并试图解释为什么更多的阻力使电感充电时间更快和更少的阻力使电感充电时间变慢。

电阻的值需要被连接在系列33μF电容器为了提供一个时间常数(τ)10秒?表达你的回答的形式five-band精密电阻颜色代码(/公差- 0.1%)。

电阻的值需要被连接在系列75 mH电感是为了提供一个时间常数(τ)20微秒的?表达你的回答的形式five-band精密电阻颜色代码(/公差- 0.25%)。

电子服务技术人员准备工作在高压电源电路包含一个巨大的电容器。这个电容器的规格如下:

显然这个设备造成一定的危险,即使交流线路功率(锁定/触杀出局)。放电电容器通过直接做空其终端螺丝刀或其他块金属可能是危险的存储电荷的数量。需要做什么是放电电容器以温和的速度。

技术人员意识到她可以放电电容器至少需要通过连接一个电阻并联(持有electrically-insulated钳的电阻器,当然,为了避免触摸终端)。她应该使用多大的电阻,如果她想放电电容器在15秒不到1%收取?状态你的回答使用标准滤波器电阻颜色代码(公差= / - 10%)。

这里显示的电路称为张弛振荡器。随着时间的推移,它作用于电容器充电的原则(RC电路),和的磁滞的气体放电灯泡:启动所需的电压传导通过灯泡显著大于灯泡的电压低于停止进行电流。

在这个电路中,霓虹灯电离在70伏特的电压,并停止进行,当电压低于30伏:

图电容器的电压随着时间的推移,电路由直流激励源。注意在你图什么时候霓虹灯亮起了:

取代的定值电阻电位器调整闪烁的霓虹灯,张弛振荡器电路。连接电位计的顺时针旋转旋钮使灯的闪烁速度:

设计一个电路与一个三位置开关,位置指控电容器,一个位置把电容器的电压不变,最后放电电容器的位置。提供独立的变量调整充电和放电时间常数。

一个时间间隔计是一个装置,测量两个事件之间的时间间隔。这类设备通常用来测量弹丸的速度,给定两个传感器之间的距离:

会构造出原油时间间隔计使用两层线作为传感器,由通过弹丸破碎。两个电线连接在一个RC电路是这样的:

为了使电路正常工作时间间隔计,哪根线弹需要先休息吗?解释为什么。同时,必须有这个仪器使用的电压表最佳精度尽可能高输入电阻。解释为什么这是必需的。

这将产生一个更大的电压指示测试后,快弹或慢弹吗?解释你的答案。

假设我们的室内温度测量从冰箱里取出一个绝缘框最近,当它被加热的空气:

图形框的温度随着时间的推移,我们看到一个看起来像这样的曲线:

一个工程师的方法你说她希望你建立一个电路模型这热系统。什么样的电路要考虑建筑的工程师,做一个现实的电箱模拟的温度?在你的答案尽可能具体。

机电继电器是非常有用的设备,但是他们有自己的特点。其中一个是继电器的线圈的结果作为一个电感,储存能量的磁场。

在接下来的电路,继电器用于大型电机开关电源,而被一个轻型按钮开关控制:

这里的问题是每次发布的按钮开关,接触弧显著。这是由于电感释放所有的储存能量作为高压火花在打开联系人。归纳回扣是这个短语常用来形容这种效果,并随着时间的推移,它会过早破坏开关。

电子技术人员了解问题的性质,提出了一个解决方案。通过连接一个灯泡与继电器线圈,线圈的能量现在有安全的地方消失时按钮开关接触开放:

而不是存储能量的高压电弧开关,它的权力灯泡开关打开后,在一段短暂的时间内消散非破坏性的方式。

然而,灯泡引入了一个新的、意想不到的电路问题。现在,当释放按钮开关,继电器为几分之一秒延迟分离之前。这导致电动机过度”的立场,而不是停止当它应该是。

解释为什么发生这种情况,参照之前和之后的LR时间常数电路的灯。

电子测试实验室设计并建造了一个大电流ßurge“电源测试大电流的影响在某些类型的组件。电容器的基本理念是,银行是带电的高压直流电源(通过限流电阻保护电源过载损坏),然后迅速放电通过切换到测试负载:

由于瞬态电流的大小产生的放电电容器、一个机械开关(按钮所显示的象征)是不切实际的。相反,一个气隙开关是由两个金属球与针尖电极电离剂”。离子发生器电极连接到一个简单的电感/开关电路产生高压脉冲足以创建一个火花。电离空气在火花中创建提供了一个低阻路径通过空气的2000伏特电容器银行现在可以遍历,从而完成电路之间的冲击电流电容器和负载测试:

假设这飙升供电线路未能经过几个月的良好的服务工作。什么也不会发生任何按钮开关被按下和释放。没有听到或看到的气隙火花,和测试负载没有收到的电流。

一个电压表(仔细)并联电容器银行表示一个完整的充电电压2035伏,这是在正常参数。基于这些信息,识别这些东西:

•

两个组件的电路必须在良好的工作条件。

•

两个组件的电路可能是坏的,和他们的失败方式(开放或做空)。