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1[7급 국가직 회로이론] 24년 1회차
다음 회로에서 스위치가 t=0t=0 [sec]에서 a에서 b로 움직인다. t>0t>0 [sec]에서 커패시터의 양단전압 vc(t)v_c(t) [V]는? (단, t<0t<0 [sec]에서 회로는 정상상태이고, u(t)u(t)는 단위계단함수이다)

문제 이미지
1
e−0.5t[−cos⁡(0.5t)−9sin⁡(0.5t)]e^{-0.5t}[-\cos(0.5t)-9\sin(0.5t)]
2
e−0.5t[−cos⁡(0.5t)−6sin⁡(0.5t)]e^{-0.5t}[-\cos(0.5t)-6\sin(0.5t)]
3
e−0.5t[−2cos⁡(0.5t)−9sin⁡(0.5t)]e^{-0.5t}[-2\cos(0.5t)-9\sin(0.5t)]
4
e−0.5t[−2cos⁡(0.5t)−6sin⁡(0.5t)]e^{-0.5t}[-2\cos(0.5t)-6\sin(0.5t)]
해설

커패시터 전압은 e−0.5t[−cos⁡(0.5t)−9sin⁡(0.5t)]e^{-0.5t}[-\cos(0.5t)-9\sin(0.5t)] [V]이다.

t<0에서 2 [V]는 위쪽이 −이므로 5 [Ω]·5 [Ω] 분압으로 vc(0)=−1 Vv_c(0)=-1\,\mathrm{V}이다. 오른쪽은 인덕터가 단락이라 1 [Ω]에 5 [V]가 걸리고, 인덕터에는 아래로 iL(0)=5 Ai_L(0)=5\,\mathrm{A}가 흐른다.

t>0에서 5u(−t) 전원은 0이 되고 커패시터는 2 [H], 1 [Ω]과 병렬 RLC를 이룬다.
s2+1RCs+1LC=s2+s+0.5=0⇒s=−0.5±j0.5s^2+\dfrac{1}{RC}s+\dfrac{1}{LC}=s^2+s+0.5=0\Rightarrow s=-0.5\pm j0.5

vc=e−0.5t[Acos⁡(0.5t)+Bsin⁡(0.5t)]v_c=e^{-0.5t}[A\cos(0.5t)+B\sin(0.5t)]에서 A=−1A=-1이다.
KCL로 vc′(0)=−1C(vc(0)R+iL(0))=−(−1+5)=−4v_c'(0)=-\dfrac{1}{C}\left(\dfrac{v_c(0)}{R}+i_L(0)\right)=-(-1+5)=-4이고, −0.5A+0.5B=−4-0.5A+0.5B=-4에서 B=−9B=-9이다.

  • 사인 계수 -6은 초기 기울기를 잘못 잡은 값이다.
  • 코사인 계수 -2와 사인 계수 -9 조합은 초기 전압이 -2 [V]가 되어 분압 결과(-1 [V])와 맞지 않는다.
  • 코사인 계수 -2와 사인 계수 -6 조합은 초기 전압과 초기 기울기를 모두 잘못 잡은 것이다.

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