抵抗コンデンサ回路は、安定した状態が継続的に存在するわけではありません。電圧レベルや入力の変化により、状態が変動する場合があります。これは、回路のスイッチを開閉することで実行できます。 RC 回路は、電圧または入力の変化に応答するのに時間がかかります。これは、抵抗とコンデンサが存在するためです。回路がある安定状態から別の安定状態に変化する速度は、回路の時定数によって決まります。この時定数は、回路の抵抗 (オーム) と回路のキャパシタンス (ファラッド) の積です。ギリシャ文字のタウがそれを表しています。
時定数の意味
RC 回路の時定数の意味は、印加された DC 電圧によってコンデンサを値の 63.2% まで充電するのに必要な時間です。
𝜏 =RC
ここで、R は回路抵抗、C は回路容量
逆に、コンデンサをその値の約 36.8% まで放電するのに必要な時間も、回路の時定数の 1 つです。次の式で使用され、時間に関連するコンデンサの両端の電圧を求めます
- ゼロ電圧(V0)から印加電圧に向かって充電する場合 :V(t)=V0(1-e-t/𝜏)
𝜏 は RC 時定数です
- ゼロ電圧(V0)に向かって放電:V(t)=V0(e-t/𝜏)
RC 時定数
RC 回路では、抵抗は回路に印加される電圧の変化にほぼ瞬時に応答します。ただし、抵抗器はエネルギーを蓄えません。これは、熱エネルギーの形でエネルギーを放散する受動デバイスです。一方、コンデンサは静電界の形でエネルギーを蓄えることができます。これは、導電性材料で作られたプレートである 2 つの電極で構成されています。断熱材がこれらのプレートを分離します。この材料は誘電体であり、静電エネルギーを蓄えることができます。
コンデンサは、抵抗とは異なり、回路に印加される電圧の変化に瞬時に応答できません。電圧が最初に印加された直後に、回路電流とコンデンサの電圧が状態を変化させるために常に短い時間があります。これは、エネルギーを増やす必要がある場合と、エネルギーを減らす必要がある場合の両方に当てはまります。
回路が変化に応答するのに必要な時間は、常に回路の抵抗と静電容量の積の倍数であることがわかっています。これは、秒単位で書かれたオームとファラッドの積です。次の式は、コンデンサに流れる電流を表しています。
iC =C(dv/dt)
ここで、dv は電圧の変化、dt は時間の変化です。
抵抗コンデンサ回路
回路が抵抗 - コンデンサ回路で短絡している場合、電圧源に接続されていないため、電流は流れません。回路スイッチがオンになると、回路全体に特定の電圧が印加されます。スイッチがオンになった瞬間、dv/dt 条件の急激な変化により、完全に放電されたコンデンサが短絡回路として機能します。
結論
時定数の意味は、コンデンサが直列に接続された抵抗を介して最大値の約 63.2% まで充電されるのにかかる時間です。 RC 時定数 (𝜏) は、回路抵抗 (R) と回路容量 (C) の積です。
𝜏 =RC
逆に、時定数は、抵抗器に直列に接続されたコンデンサが最大値の約 36.8% になるまでの時間として定義することもできます。回路の成長率または減衰を表すため、重要な値です。回路の時定数の値が小さいほど、回路の成長率または減衰率が高くなります。また、回路の時定数の値が高いほど、成長率または減衰率が低くなります。
