La respuesta transitoria escalonada de un circuito RLC paralelo

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Digamos que un inductor está conectado en paralelo a una resistencia y en paralelo a un capacitor. En el momento t = 0, el circuito está conectado a una fuente de corriente CC. La energía inicial almacenada es cero. Tengo la solución en el libro de texto en la sección "Respuesta de un circuito paralelo".

La corriente a través del inductor es igual a la corriente de la fuente de corriente más un exponencial negativo multiplicado a una función sinusoidal.

Entiendo que un inductor actúa como un cortocircuito para DC. Pero para la respuesta transitoria, la corriente será cero y la corriente pasará por el condensador y la resistencia.

Mi pregunta es ¿de dónde viene el término sinusoidal? ¿Hay alguna física detrás de esto, o simplemente la obtenemos al analizar el circuito?

Lo que busco es una respuesta como esta:

Cuando la fuente de corriente de CC está conectada a un circuito RLC paralelo, el condensador actúa como un circuito abierto, el inductor actúa de manera corta para que toda la corriente pase por el inductor, pero esta es la respuesta de estado estable. En el caso de que cerremos el interruptor (respuesta transitoria) ..... ??? ... No estoy seguro de lo que sucede. Parece que el inductor se convierte en un circuito abierto (no estoy seguro de por qué) y la corriente del condensador y de la resistencia es negativa exponencial veces sinusoidal (tampoco entiendo esta parte)

    
pregunta Jack

3 respuestas

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El equivalente mecánico de un circuito resonante LC se puede considerar como una masa física suspendida por un resorte: -

enlace

Esto es bien conocido por cualquiera desde una edad temprana, pero el tipo de oscilación que es sinusoidal no se hace evidente hasta que estudias ingeniería.

La imagen de arriba no contiene ninguna amortiguación (equivalente a una resistencia) por lo que las oscilaciones continúan para siempre. Si se aplica amortiguación, esto sucede (se muestra desde un ángulo diferente: -

El"resorte" es la cosa verde que, irónicamente, parece una resistencia. El cuadrado rojo es la "masa" que se ejecuta en una cama sin fricción y el rectángulo azul es el amortiguador.

Fórmicamente, el sistema de masa de resorte tiene una frecuencia de resonancia que es: -

keslarigidezdelresorteyesequivalente(segúncómoseconsiderelafuerzacomounanálogoeléctrico)alinversodelainductancia.Mesequivalentealacapacitancia.

YparauncircuitoLC,lafórmulaes:-

    
respondido por el Andy aka
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La respuesta escalonada de su circuito normalmente estará compuesta por un término constante y exponenciales, y las exponenciales pueden tomar varias formas, dependiendo de los valores relativos de los componentes.

Por ejemplo, para valores de resistencia relativamente grandes, los exponenciales serán de la forma: \ $ e ^ {- \ sigma t} \ $; \ $ e ^ {- \ beta t} \ $, que decae a cero con el tiempo.

Una onda sinusoidal, si existe, surge de la Fórmula de Euler: \ $ \ small e ^ {jx} = cos (x) + jsin (x) \ $.

Por lo tanto, para valores de resistencia más pequeños, los exponenciales pueden tener poderes complejos: \ $ \ small e ^ {- (\ sigma \ pm j \ omega) t} \ $ y estos casos se pueden expresar como: $$ e ^ { - (\ sigma \ pm j \ omega) t} = e ^ {- \ sigma t} \: e ^ {\ pm j \ omega t} = e ^ {- \ sigma t} [cos (\ omega t) \ pm j \: sin (\ omega t)] $$ que es una sinusoide en descomposición exponencial.

Es interesante notar que si la resistencia es cero, \ $ \ small \ sigma = 0 \ $, y la respuesta es una onda sinusoidal pura.

    
respondido por el Chu
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La explicación física de esto es la oscilación de la energía durante el transitorio. La relación voltaje-corriente para el inductor y el condensador es opuesta (la corriente a través del inductor se retrasa en 90 y la tensión de los conductores en 90). Durante el tiempo transitorio, en el dominio de la frecuencia hay un espectro "infinito" de armónicos (corriente y tensión), por lo que tenemos algunas corrientes que pasan por el inductor, algunas a través del condensador y otras a través de la resistencia, y debido a la diferencia de fase, la corriente y la tensión están oscilando, hasta que Transitorio está terminado y obtenemos un estado estable. La exponencial negativa multiplicada con la componente sinusoidal se debe a que perdemos frecuencias altas cuando el tiempo de transición es mayor. Espero que esta sea una simple explicación física.

    
respondido por el Haris778

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