Problema computacional del capacitor de CA usando cálculo

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Una corriente fluye a través de un capacitor ideal, C = 25μF, la forma de onda actual es un diente de sierra. Necesito encontrar las fórmulas que trazan la forma de onda de voltaje, que también se muestra en la figura, justo debajo de la forma de onda actual. Necesito ayuda para detectar mis errores en mis cálculos cuando aplico las fórmulas.

$$ \ text {when} \, \, 0 < t < 1: i (t) = 5 × 10 ^ 6t \, \, \ text {porque pendiente} = \ frac {5-0} {1 × 10 ^ {- 6} -0} = 5 × 10 ^ 6 $$

$$ \ begin {align} u (t) & = \ frac {1} {C} \ int_0 ^ t i (t) dt \\ \\ & = \ frac {1} {25 × 10 ^ {- 6}} \ int_0 ^ t \, 5 × 10 ^ 6t \, dt \\ \\ & = \ frac {5 × 10 ^ 6} {25 × 10 ^ {- 6}} \ left. \ frac {t ^ 2} {2} \ right \ vert_0 ^ t \\ \\ & = 0.1 × 10 ^ {12} t ^ 2 \\ \ end {align} $$ Así, entre 0 y lt; t < 1 Obtengo un patrón de parábola y = ax ^ 2. Creo que esa parte es correcta (a juzgar por la forma de onda de voltios). A continuación viene la parte problemática que sospecho que me equivoco y necesito ayuda para encontrar la solución correcta.

$$ \ text {when} \, \, 1 < t < 2: i (t) = 5 × 10 ^ 6t \, \, \ text {porque pendiente} = \ frac {0 - (- 5)} {(2-1) × 10 ^ {- 6}} = 5 × 10 ^ 6 $$

$$ \ begin {align} u (t) & = \ frac {1} {C} \ int_0 ^ t i (t) dt \\ \\ & = \ frac {1} {25 × 10 ^ {- 6}} \ int_ {10 ^ {- 6}} ^ t \, 5 × 10 ^ 6t \, dt \\ \\ & = \ frac {5 × 10 ^ 6} {25 × 10 ^ {- 6}} \ left. \ frac {t ^ 2} {2} \ right \ vert_ {10 ^ {- 6}} ^ t \ \ \\ & = \ frac {5 × 10 ^ 6} {2 × 25 × 10 ^ {- 6}} \ Bigr (t ^ 2 - (10 ^ {- 6}) ^ 2 \, \ Bigl) 0.1 × 10 ^ {12} \ Bigr (t ^ 2 - (10 ^ {- 6}) ^ 2 \, \ Bigl) \\ \\ & = 0.1 × 10 ^ {12} t ^ 2 -0.1 \ end {align} $$

PERO $$ 0.1 × 10 ^ {12} t ^ 2 -0.1 \, \, \, \ text {es de la forma} y = ax ^ 2 + b \, \, \ text {Estaba esperando el patrón } \ frac1x \ text {como sugiere el gráfico de voltios cuando} 1 < t < 2 $$ Me gustaría pedir ayuda para encontrar la solución correcta (este es un ejercicio no resuelto de los circuitos eléctricos de la serie de esquema de schaum, 2ª edición, versión 1.42)

EDITAR: pruebe la fórmula u (t) para t = 1.5 x 10 ^ (- 6) segundos, cuando 1 < t < 2. Produce 0.125, no válido, porque 0.125 > 0.1. Por eso sospecho que probablemente haya un error.

    
pregunta DontAskTheEye

2 respuestas

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\ $ Q = CV \ $

Por lo tanto, \ $ I = C \ dfrac {dv} {dt} \ $

Reorganización, \ $ V = \ dfrac {1} {C} \ int i ~ dt \ $

Si i es una rampa, tiene la forma kt donde k es una constante y t es tiempo.

Entonces, \ $ V = \ dfrac {k} {C} t ^ 2 \ $

El aumento de voltaje como un cuadrado de tiempo luego cae como un cuadrado de tiempo, etc.

    
respondido por el Andy aka
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La integral de un diente de sierra +/- 5A con condiciones iniciales de 0A en entrada y 0V en salida, da como resultado un triángulo que tiene la mitad del área de un triángulo.

Estoy de acuerdo en que la forma de onda es una parábola que se repite, pero el voltaje de salida pico debe ser 1/2 de una entrada de onda cuadrada de 5 V para una entrada de triángulo.

Simplificación alternativa

5A para un ciclo de 2 us o una frecuencia. de 500kHz con 1/2 la integral o 1 us

Ic = C * dV / dt para que dV max de un triángulo sea = 1/2 de onda cuadrada cuadrada,

reorganizado mediante un paso cuadrado: máx. (dV) = ½ * Ic * dt / C = ½ 5A * 1us / 25uF = 0.1V

( Las computadoras analógicas no pueden conducir 5A, por lo que se debe escalar a mA, pero este simulador es casi ideal.)

p.s.

Para la función de forma de onda de diente de sierra de entrada. considere para t en μs

i (t) = 5 * (t - 2 * INT (t / 2 + 0.5)) (para redondeo de números enteros en > = 0.5 = 1, < 0.5 = 0)

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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