LR이 아닌 L/R이 필요한 이유

L/R 시간 상수에 대해 알아보기

유도 회로에 대한 시정수 계산이 용량성 회로의 시간 상수 계산과 다른 이유는 전자공학을 처음 배우는 학생들에게 종종 당혹스럽습니다. 저항기-커패시터 회로의 경우 시간 상수(초)는 저항(옴)과 커패시턴스(패럿)의 곱(곱셈)에서 계산됩니다. τ=RC.

그러나 저항기-인덕터 회로의 경우 시간 상수는 옴 단위의 저항에 대한 헨리 단위의 인덕턴스의 몫(나누기)에서 계산됩니다. τ=L/R.

이러한 계산의 차이는 질적 과도 회로 응답 분석. 저항-커패시터 회로는 낮은 저항에서 더 빠르게 반응하고 높은 저항에서 느리게 반응합니다. 저항-인덕터 회로는 정반대이므로 높은 저항에서는 더 빠르게 응답하고 낮은 저항에서는 느리게 응답합니다.

용량성 회로는 신입생에게 직관적인 문제를 나타내지 않는 것처럼 보이지만 유도성 회로는 이해가 되지 않는 경향이 있습니다.

커패시터 및 인덕터 에너지

과도 회로에 대한 이해의 핵심은 에너지 전달의 개념과 그 전기적 특성을 확실히 이해하는 것입니다. 커패시터와 인덕터 모두 에너지 양을 저장하는 능력이 있으며 커패시터는 전기장 매체에 에너지를 저장하고 인덕터는 자기장 매체에 에너지를 저장합니다.

커패시터의 정전기 에너지 저장은 단자에서 일정한 전압을 유지하려는 경향으로 나타납니다. 인덕터의 전자기 에너지 저장은 이를 통해 일정한 전류를 유지하려는 경향으로 나타납니다.

방전 조건에서 이러한 각 반응성 구성요소에 어떤 일이 발생하는지 살펴보겠습니다. :즉, 커패시터 또는 인덕터에서 에너지가 방출되어 저항에 의해 열의 형태로 소산될 때:

어느 경우든 저항에 의해 발산되는 열은 에너지 이탈을 구성합니다. 결과적으로 무효 부품은 시간이 지남에 따라 에너지 저장을 잃게 되어 그래프에 표시된 전압(커패시터) 또는 전류(인덕터)의 측정 가능한 감소가 발생합니다. 저항에 의해 더 많은 전력이 소모될수록 이 방전 동작이 더 빨리 발생합니다. 전력은 정의상 시간 경과에 따른 에너지 전달 비율이기 때문입니다.

따라서 과도 회로의 시정수는 회로의 저항에 따라 달라집니다. 물론 반응 부품의 크기(저장 용량)에 따라서도 달라지지만, 시상수에 대한 저항의 관계가 이 절의 문제이므로 저항의 영향만 집중적으로 살펴보겠습니다. 저항 값이 전력 소실(에너지가 열로 전달되는 속도)을 최대화하는 것과 같은 경우 회로의 시간 상수는 더 작아집니다(빠른 방전 속도).

저장된 에너지가 전압의 형태로 나타나는 용량성 회로의 경우, 이는 주어진 전압 양에 대해 전류를 최대화하기 위해 저항기가 낮은 저항 값을 가져야 함을 의미합니다(주어진 전압 곱하기 고전류는 고전력과 같음). 저장된 에너지가 전류의 형태로 나타나는 유도 회로의 경우 이는 주어진 전류량에 대해 전압 강하를 최대화하기 위해 저항이 높은 저항 값을 가져야 함을 의미합니다(주어진 전류 곱하기 고전압은 고전력과 같음).

잠재력 대 운동 에너지

이것은 기계적 측면에서 용량성 및 유도성 에너지 저장을 고려함으로써 유사하게 이해될 수 있습니다. 정전기로 에너지를 저장하는 커패시터는 잠재 에너지의 저장고입니다. . 전자기적으로 에너지를 저장하는 인덕터(전기동적으로 ), 운동 에너지의 저장소입니다. .

기계적 용어로 위치 에너지는 매달린 질량으로 설명할 수 있고 운동 에너지는 움직이는 질량으로 설명할 수 있습니다. 커패시터의 비유로 다음 그림을 고려하십시오.

경사면 꼭대기에 앉아 있는 수레는 중력의 영향과 언덕 위의 높은 위치로 인해 위치 에너지를 가지고 있습니다. 카트의 제동 시스템이 시스템의 저항과 유사하고 카트 자체가 커패시터라고 생각하면 해당 위치 에너지의 빠른 방출을 용이하게 하는 저항 값은 무엇입니까?

최소 저항(브레이크 없음)은 물론 카트의 고도를 가장 빠르게 감소시킵니다! 제동 동작이 없으면 카트는 내리막길로 자유롭게 굴러 높이를 잃을 때 잠재적 에너지를 소비합니다. 최대 제동 동작(브레이크가 단단히 설정됨)으로 카트는 구르기를 거부하고(또는 매우 천천히 구르기) 오랜 기간 동안 잠재적 에너지를 유지합니다. 마찬가지로 용량성 회로는 저항이 낮으면 빠르게 방전되고 저항이 높으면 천천히 방전됩니다.

이제 저장된 에너지를 운동 형태로 보여주는 인덕터에 대한 기계적 비유를 살펴보겠습니다.

이번에는 카트가 이미 움직이고 있는 평평한 지면에 있습니다. 그 에너지는 포텐셜(높이)이 아니라 운동(운동)입니다. 다시 한 번 카트의 제동 시스템을 회로 저항과 유사하고 카트 자체를 인덕터로 간주하면 그 운동 에너지의 빠른 방출을 용이하게 하는 저항 값은 무엇입니까?

최대 저항(최대 제동 동작)은 물론 속도를 가장 빠르게 감소시킵니다! 최대 제동 동작으로 카트는 빠르게 갈고 멈추고 속도가 느려지면 운동 에너지가 소모됩니다. 제동 동작이 없으면 카트는 무한정 굴러갈 수 있으며(공기 역학적 항력 및 회전 저항과 같은 다른 마찰 소스 제외) 오랜 시간 동안 운동 에너지를 유지합니다.

마찬가지로 유도 회로는 저항이 높으면 빠르게 방전되고 저항이 낮으면 천천히 방전됩니다.

이 설명이 시상수와 저항에 대해 더 많은 정보를 제공하고, 왜 두 가지 사이의 관계가 용량성 및 유도성 회로에서 반대인지에 대해 설명하기를 바랍니다.

관련 워크시트:

<울>

시정수 회로 워크시트