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1[7급 국가직 회로이론] 23년 1회차
다음 회로에서 전압원이 vs(t)=10u(t)v_s(t)=10u(t) [V]일 때, 커패시터 양단에 걸리는 전압 vC(t)v_C(t) [V]는? (단, u(t)u(t)는 단위계단함수이고, t=0−t=0^- [sec]에서 인덕터를 통하여 흐르는 전류 iL(0−)=3i_L(0^-)=3 [A]이며, 커패시터 양단에 걸리는 전압 vC(0−)=5v_C(0^-)=5 [V]이다)

문제 이미지
1
(10e−t−5e−2t)u(t)(10e^{-t}-5e^{-2t})u(t)
2
(−10e−t+5e−2t)u(t)(-10e^{-t}+5e^{-2t})u(t)
3
(−5e−t+10e−2t)u(t)(-5e^{-t}+10e^{-2t})u(t)
4
(5e−t−10e−2t)u(t)(5e^{-t}-10e^{-2t})u(t)
해설

병렬 RLC의 특성근이 −1, −2-1,\,-2이고 초기조건을 맞추면 vC(t)=(−5e−t+10e−2t)u(t)v_C(t)=(-5e^{-t}+10e^{-2t})u(t)이다.

α=12RC=12×103×0.1=1.5\alpha=\dfrac{1}{2RC}=\dfrac{1}{2\times\frac{10}{3}\times 0.1}=1.5, ω02=1LC=2\omega_0^2=\dfrac{1}{LC}=2
s2+3s+2=0⇒s=−1, −2s^2+3s+2=0\Rightarrow s=-1,\,-2이며, 정상상태에서 인덕터가 단락이므로 vC(∞)=0v_C(\infty)=0이다.

초기조건: vC(0)=5v_C(0)=5, iC(0)=10−510/3−3=−1.5 Ai_C(0)=\dfrac{10-5}{10/3}-3=-1.5\,\mathrm{A}이므로 dvCdt(0)=−1.50.1=−15\dfrac{dv_C}{dt}(0)=\dfrac{-1.5}{0.1}=-15
A+B=5,  −A−2B=−15⇒A=−5,  B=10A+B=5,\;-A-2B=-15\Rightarrow A=-5,\;B=10

  • 10e−t−5e−2t10e^{-t}-5e^{-2t}는 vC(0)=5v_C(0)=5는 맞지만 초기 기울기가 0이 되어 맞지 않는다.
  • −10e−t+5e−2t-10e^{-t}+5e^{-2t}는 vC(0)=−5v_C(0)=-5가 된다.
  • 5e−t−10e−2t5e^{-t}-10e^{-2t}는 vC(0)=−5v_C(0)=-5가 된다.

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