RC-Schaltung - DE

Gestern habe ich mich in Vorbereitung auf meine Prüfung durch einige Fragen gestöbert und bin auf diese hier gestoßen:

Betrachten Sie die folgende Schaltung, die aus einem Kondensator C und zwei identischen Widerständen R besteht . Für T < 0 Der Schalter ist geöffnet und der Kondensator ist ungeladen. Bei T = 0 Schalter geschlossen und der Stromkreis mit der Spannungsquelle mit konstanter Spannung U verbunden .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

a) Wie groß ist der Gesamtstrom im Stromkreis unmittelbar nach dem Schließen des Schalters? Wie groß ist die Ladung des Kondensators und der Gesamtstrom nach sehr langer Zeit?

b) Bestimmen Sie für T > 0 den Gesamtstrom im Stromkreis und die Ladung des Kondensators als Funktion der Zeit durch Aufstellen einer geeigneten Differentialgleichung und deren Lösung.

Ich hatte keine Antwort darauf, also konnte ich sie nicht beantworten, und ich habe noch nicht genug Reputation, um einen Kommentar abzugeben. Es gab eine Antwort, aber sie war nicht explizit zu b).

Ich hatte in früheren Übungen ein sehr ähnliches Problem und konnte nie eine Differentialgleichung aufstellen und lösen. Könnte mir hier jemand weiterhelfen?

Bearbeiten: v R = R 2 ICH Und v C = 1 C ICH D T

Mit Kirchhoffs Gesetz sollte es so sein

R ICH 2 + 1 C ICH D T = U 2 ?

Differenzieren nach t sollte also sein:

R 2 D ICH D T + ICH C = 0 .

Das würde uns also geben ICH = 2 U R e 2 T R C , Rechts?

Aber wie bekomme ich einen Ausdruck für die Ladung des Kondensators?

Ladung des Kondensators: Q = v C C mit v C = U / 2 v R .

Antworten (1)

Für t≥0 können Sie die Spannungsquelle mit den beiden Rs (die einen Spannungsteiler bilden) durch ihr Thevenin-Äquivalent ersetzen.

Dies vereinfacht Ihre Schaltung (für t≥0) zu:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein


BEARBEITEN:
Hinweis: In der vereinfachten, aber äquivalenten Schaltung ist der Wert des Widerstands R / 2 und die Spannung der Spannungsquelle ist U / 2.


Sie sollten in der Lage sein, die Differentialgleichung für diese Schaltung zu formulieren.

Könnten Sie sich meine Änderung im ursprünglichen Beitrag ansehen und sehen, ob ich sie richtig aufgeschrieben habe? Und ich habe auch Probleme mit der Ladung.
Es sieht gut aus für mich.
Danke. Jetzt weiß ich, wie man mit RC-Schaltungen und mit Spannungsteilern umgeht. Obwohl ich jetzt, wo ich darüber nachdenke, irgendwie neugierig auf a) der Übung bin. Wie hoch ist die Ladung und der Gesamtstrom nach sehr langer Zeit? Ist nicht der Gesamtstrom nur der ICH wir von der Differentialgleichung? Und da der Strom sein Maximum nicht erreicht, wird der Kondensator nicht vollständig aufgeladen?
Obwohl der Strom nie einen Endwert erreicht, nähert er sich asymtotisch immer mehr dem "endgültigen" Wert 0. Dieser Wert ist gemeint (Grenze t--> unendlich) mit "nach sehr langer Zeit". Gleiches gilt für Spannung und Ladung. Nach mehreren RC-Zeitintervallen erreichen diese Werte 0,9999...% des asymtotischen Wertes.
@Chu: Jede lineare Schaltung kann durch ihr Thevenin-Äquivalent (das einer Spannungsquelle mit einem Serienwiderstand entspricht) ersetzt ("kombiniert") werden. Wenn Sie das nicht wissen, schauen Sie bitte zB hier en.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9venin%27s_theorem
@Curd, wie können Sie die beiden Widerstände kombinieren, wenn unterschiedliche Ströme durch sie fließen? Bei Ihrer Schaltung ist die Endspannung an C U.
@Chu: Nein, es ist U / 2 (in meiner vereinfachten Ersatzschaltung wurde nicht nur R durch R / 2 ersetzt, sondern auch U durch U / 2).
@Curd, habe die u/2 nicht gesehen. OK
Ja, es ist etwas klein. Hätte ich auch im Text erwähnen sollen...