Pregunta sobre CA y CC en un circuito RC

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Supongamos un circuito RC simple, R y C en serie con una fuente de voltaje y un interruptor abierto. El condensador está descargado.

La fuente de alimentación es CA, sinusoidal con una amplitud de 10 V y una frecuencia de 50 Hz.

Por lo tanto, la fuente de alimentación es

10 Sin(100πt)

La resistencia es 100Ω y el condensador es 1F.

Enciendo el interruptor en t = 0.

¿Cuál es la corriente en t = 0.05 segundos?

Por lo que veo, la corriente en el circuito se rige por esta fórmula:

entonces,

i(t) = (10 Sin(100πt)/100) e^(-0.05/100)

por lo tanto, enchufando t

i(t) = 27.05 mA

Ahora vamos a usar la ley de Ohm:

La impedancia del circuito, Z es igual a

Z = R -j/wC

Z = 100 - j(2π)

Z = 100 - 2πj

entonces i = v / z

i = (10 Sin(100πt))/(100 -2πj)

i = 2.7/(100 -2πj)

¿Cómo son iguales estos dos valores?

Esperaba obtener los mismos valores para ambos métodos de cálculo.

¿Qué me estoy perdiendo?

    
pregunta SpaceDog

3 respuestas

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Supongo que el esquema es este:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El KCL es:

$$ \ frac {V_x} {R_1} + C_1 \: \ frac {\ text {d} V_x} {\ text {d} t} = \ frac {V_1} {R_1} $$

Ambos \ $ V_x \ $ y \ $ V_1 \ $ son funciones de tiempo, con \ $ V_1 \ left (t \ right) = 10 \ cdot \ operatorname {sin} \ left (100 \ pi \: t \ derecha) \ $.

En la forma estándar para las ecuaciones diferenciales lineales de primer orden, tal como lo usan los estudiantes de cálculo del primer año para resolver tales ecuaciones, lo anterior se convierte en:

$$ \ frac {\ text {d} V_x} {\ text {d} t} + \ frac {1} {R_1 \: C_1} \: V_x = \ frac {V_1} {R_1 \: C_1} $$

Configurando \ $ \ tau = R_1 \: C_1 \ $, el factor integrador es \ $ e ^ {\: t / \ tau} \ $ y así,

$$ \ begin {align *} \ frac {\ text {d}} {\ text {d} t} \: \ left (V_x \: e ^ {\: t / \ tau} \ right) & = \ frac {V_1} {\ tau} \: e ^ {\: t / \ tau} \\\\ V_x \: e ^ {\: t / \ tau} & = \ int \ frac {V_1} {\ tau} \: e ^ {\: t / \ tau} \: \ text {d} t \\\ \ V_x & = e ^ {\: - t / \ tau} \ int \ frac {V_1} {\ tau} \: e ^ {\: t / \ tau} \: \ text {d} t \ end {align *} $$

Teniendo en cuenta la condición inicial que \ $ V_x \ left (t = 0 \ right) = 0 \: \ text {V} \ $ (para resolver la constante de integración, arriba) y simplemente configurando \ $ \ omega = 100 \: \ pi \ $, creo que lo anterior se convierte en:

$$ V_x \ left (t \ right) = 10 \ cdot \ frac {\ tau \: \ omega \ left [e ^ {\: - t / \ tau} - \ operatorname {cos} \ left (\ omega \: t \ right) \ right] + \ operatorname {sin} \ left (\ omega \: t \ right)} {1+ \ omega ^ 2 \: t ^ 2} $$

Desde aquí, calcular \ $ I \ left (t \ right) = \ frac {V_1 \ left (t \ right) -V_x \ left (t \ right)} {R_1} \ $ at \ $ t = 50 \: \ text {ms} \ $. Obtengo un valor de \ $ - 6.365 \: \ mu \ text {A} \ $.

Ejecutando un mazo de especias:

v1 n001 0 sine(0 10 50)
r1 n001 vx 100
c1 vx 0 1
.tran 0 50m 0 10n uic
.meas TRAN CURRENT FIND I(R1) WHEN time=50m CROSS=1
.end

Informes de especias:

current: i(r1)=-6.36461e-006 at 0.05

Creo que eso significa que probablemente no arruiné la solución de la ecuación.

    
respondido por el jonk
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Parece que está mezclando el análisis de respuesta transitoria (la ecuación exponencial) y el análisis de CA de estado estable (la parte j \ $ \ omega \ $). En una situación como esta, que no es ni transitoria ni estable, creo que vuelves a lo básico: $$ i_c = C \ frac {dv_c} {dt} $$ y $$ v_c = \ cfrac {1} {C} \ int i_c \, {dt} + v_c (0) $$

También sabes que \ $ i_c = i_r \ $ y \ $ V_c = V_s - R \, \ cdot i_R \ $. Parece que hay algunas matemáticas por delante.

    
respondido por el Elliot Alderson
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La constante de tiempo es enorme (100 segundos) en comparación con el período del voltaje aplicado (0,02 segundos), por lo que se puede ignorar el transitorio. En t = 0.05 seg, la entrada ha pasado por 2.5 ciclos, por lo tanto, la tensión en R es 0V y la corriente también es cero.

    
respondido por el Chu

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