Circuito RC: respuesta transitoria y constante de tiempo

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Definición: La respuesta transitoria está dada por la respuesta de corriente y voltaje en un circuito inmediatamente después de un cambio en el voltaje aplicado.

Referirse a Figura 1. Un capacitor y una resistencia están conectados en serie a través de una fuente de voltaje. Un circuito que contiene una resistencia y un capacitor se llama circuito RC.

Cuando el interruptor en este circuito RC está cerrado, fluirá la corriente máxima. La corriente disminuye gradualmente hasta que el condensador está completamente cargado. El capacitor se cargará al nivel del voltaje aplicado.

Verdadero 1. Este circuito en serie RC muestra la respuesta transitoria de un condensador.

Primero, sin embargo, el voltaje a través del capacitor cero. Cuando se cierra el interruptor, el voltaje a través del capacitor aumenta gradualmente hasta el valor de la fuente de voltaje. Esta carga se refleja en el condensador i Figura 2.

el es corriente en el circuito RC También se muestra en esta figura. Tenga en cuenta que cuando el interruptor está cerrado, la corriente aumenta casi inmediatamente a un máximo. La corriente cae cuando el condensador se corta. Cuando el condensador alcanza la carga completa, la corriente es cero.

Corriente y voltaje en un circuito en serie RC

Figura 2. Corriente y tensión en un circuito serie RC.

Cuando el interruptor está abierto, el condensador todavía está cargado. En teoría, permanecería cargado indefinidamente, pero todavía se filtra a través del dieléctrico. Después de un tiempo, el capacitor se descargará.

yo imagen 3, la combinación en serie de un condensador cargado y una resistencia de cortocircuito proporciona una ruta de descarga. Como no hay voltaje inverso, la corriente de descarga aumentará inmediatamente hasta un máximo y gradualmente caerá a cero.

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Se muestra el gráfico combinado de carga y descarga del condensador i. Figura 4.

se produce un cortocircuito en el circuito RC

Imagen 3. Se produce un cortocircuito en el circuito RC cuando se cierra el interruptor 2.

Caída de corriente y voltaje en un circuito en serie RC

Figura 4. Este gráfico de combinación muestra el aumento y la disminución de la corriente y el voltaje en el circuito en serie RC.

Los voltajes aparecen a través de la resistencia y el capacitor en este circuito. El voltaje a través de R es el resultado de la corriente, E = IR. Por lo tanto, el voltaje máximo aparece a través de R cuando fluye la corriente máxima. Esta condición existe inmediatamente después de que se cierra el interruptor en la Figura 1, y después de la descarga, el interruptor se cierra en la Figura 3.

En cualquier caso, el voltaje a través de R cae o disminuye a medida que el capacitor se acerca a la carga o descarga total. La gráfica del voltaje a través de R se dibuja Figura 5.

caída de tensión en R cuando el condensador está cargado y descargado

Figura 5. Este gráfico muestra la caída de voltaje en R a medida que el capacitor se carga y descarga.

constante de tiempo BC

Durante la carga y descarga de la red serie RC descrita anteriormente, ha transcurrido un período de tiempo. Este tiempo se traza a lo largo de la base, o eje x, de los gráficos en las Figuras 4 y 5.

El tiempo que tarda el condensador de 63,2 % en cargarse o descargarse se denomina constante de tiempo del circuito.

La fórmula para determinar la constante de tiempo en circuitos RC es:

$tau = RC$

Donde τ es la constante de tiempo en segundos, R es la resistencia en ohmios y C es la capacitancia en faradios. Para una carga o descarga completa, se requieren cinco períodos continuos. Suponiendo un voltaje de fuente de 100 voltios, Figura 6 muestra la constante de tiempo, el porcentaje y el voltaje.

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Tabla de constantes de tiempo de circuitos RC

Figura 6. Una fuente de voltaje de 100 voltios creará la constante de tiempo, el porcentaje y el voltaje mostrados.

Ejemplo de un cálculo de constante de tiempo BC

Un condensador de 0,1 microfaradios está conectado en serie con una resistencia de un megaohmio (1 000 000 ohmios) a través de una fuente de 100 voltios. ¿Cuánto tardará en cargarse C?

$tau =(0.1*{{10}^{-6}})*({{10}^{6}})=0.1s$

La constante de tiempo es una décima de segundo. Esto significa que C se cargaría a 63,2 voltios durante 0,1 segundos. Después de cinco constantes de tiempo, es decir, 5 × 0,1 = 0,5 segundos, el condensador está completamente cargado.

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configurar el circuito Imagen 7. Esta luz de neón permanecerá apagada hasta que se alcance cierto nivel de voltaje. Al voltaje requerido, conocido como voltaje de encendido o encendido, la lámpara se enciende y ofrece muy poca resistencia en el circuito.

oscilador de relajación

Imagen 7. Este circuito de parpadeo se llama relajación. oscilador.

En este circuito, un capacitor C se carga a través de una resistencia R. Cuando el voltaje en C crece al voltaje de encendido, la lámpara brilla. Se descarga rápidamente. Este ciclo se repite una y otra vez, haciendo que el neón parpadee.

La frecuencia de los destellos se puede cambiar cambiando el valor de C o el valor de R. Se muestra en un teléfono con acento de neón Figura 8.

a lo largo del tiempo aplicaciones en circuitos electrónicos

Imagen 8. Las luces de neón se utilizan en muchos productos nuevos. Aquí, el neón destaca este teléfono de diseñador.

Las constantes de tiempo tienen muchos usos en los circuitos electrónicos. Los circuitos de temporización se utilizan en la industria para controlar la secuencia y la duración de las operaciones de la máquina. Una ampliadora fotográfica utiliza un circuito de tiempo para controlar el tiempo de exposición.

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