Time constant (ثابت زمانی) چیست؟ – مبانی الکترونیک

امروز با قسمت جدید دوره آموزشی مبانی الکترونیک از مبحث آموزش الکترونیک در خدمت شما هستیم. در این قسمت دررابطه‌با ثابت زمانی (Time constant) صحبت خواهیم کرد.

در مدار اول، هنگامی که کلید بسته می‌شود، ترمینال منفی باتری، الکترون‌های منفی را دفع می‌کند و آن‌ها را به صفحه بالایی خازن C منتقل می‌کند. به طور مشابه، پایانه مثبت، الکترون‌های منفی را از صفحه پایینی جذب می‌کند.

در این حالت، اگر باتری خارج شود، خازن C به اندازه ولتاژ باتری شارژ می‌شود. این کار ممکن است خطرناک باشد، زیرا خازن‌ها می‌توانند برای مدتی طولانی در ولتاژ بالا شارژ بمانند. حال اگر یک قطعه رسانا در سرتاسر پایانه‌های خازن قرار داده شود، الکترون‌های اضافی صفحه بالایی به سمت صفحه پایینی جریان می‌یابند.

اکنون خازن C تخلیه شده است.

انجام این کار نیز می‌تواند خطرناک باشد.

قطعات رسانا مقاومت پایینی دارند و طبق قانون اهم: مقاومت کم به معنای جریان زیاد است.

بنابراین، خازن‌های بزرگ و پربار باید از طریق یک رسانا که دارای مقاومت است. تخلیه شوند تا مقدار جریان تخلیه‌ای که می‌تواند جریان یابد، محدود شود.

در مدار دوم، یک مقاومت R به‌صورت سری و یک خازن C وجود دارد. هنگامی که سوئیچ بسته می‌شود، همان‌طور که قبل‌تر اشاره شد، خازن C از طریق باتری شارژ می‌شود. جریان شارژ (charging current) از مقاومت عبور می‌کند. طبق قانون اهم، مقاومت مقدار جریان را محدود می‌کند. همچنین، خازن C تا مقدار ولتاژ باتری شارژ می‌شود.

هر چه مقادیر C (خازن) و R (مقاومت) بزرگ‌تر باشد، بیش‌تر طول می‌کشد تا خازن شارژ شود که می‌توان آن را به پر کردن یک سطل با شلنگ تشبیه کرد. هر چه سطل (در اینجا خازن) بزرگ‌تر باشد و هر چه بیش‌تر روی شلنگ بایستید( مانند کاری که مقاومت انجام می دهد.)، پر کردن سطل بیش‌تر طول خواهد کشید. از حاصل‌ضرب C (خازن) در R (مقاومت) ثابت زمانی (RC) به دست می‌آید که در اینجا C برحسب فاراد و R برحسب اهم می‌باشد؛ همچنین، ثابت زمانی (RC) برحسب ثانیه اندازه‌گیری می‌شود.

به‌عنوان‌مثال، اگر C = 2 و R = 10 باشد،RC  برابر با 20 ثانیه می‌شود؛ این بدان معناست که 20 ثانیه طول می‌کشد تا C بتواند 63 درصد ولتاژ باتری را شارژ کند؛ مثلاً اگر باتری 100 ولتی باشد، بعد از 20 ثانیه ولتاژ خازن برابر با 63 ولت می‌شود.

اگر نموداری از افزایش ولتاژ خازن نسبت به زمان رسم کنیم، منحنی‌ای به دست می‌آید که خطی نیست (یک خط مستقیم نیست)؛ بلکه به‌صورت نمایی است. باتوجه‌به این منحنی، ولتاژ ابتدا به‌سرعت افزایش و سپس کاهش پیدا می‌کند و در نهایت، سرعت آن همواره کم‌تر می‌شود.

Time constants (ثابت‌های زمانی) اغلب در مواردی که نیاز به تأخیر زمانی است، کاربرد دارند.

منبع: Hobby Projects