東京工芸大学
電子情報工学科

電子情報工学基礎実験III
過渡現象

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[例題] 下図に示す回路でのコンデンサ電圧Vcを求める。

コンデンサ電圧の時間応答を求めた後、
R=500[Ω], C=0.1[μF]の場合の時間変化をグラフ化する。
ただし、t=0 (スイッチをオンにしたときの)でのコンデンサの電圧は 0[v] とする。 (初期条件)

circuit


閉路電流 I1、I2に沿った電圧方程式は、
電圧方程式

であり、抵抗とコンデンサの電圧を電流を用いて表すと、

各素子の電圧
と表される。ただし、E は電源電圧(1[v])の Laplace 変換である。


上の連立方程式から、電圧 V1, V2, VC を消去して得られる電流についての方程式を解く。

[Graphics:Images/index_gr_1.gif]
入力した式を評価するには、Shift+Enter を入力する。
[Graphics:Images/index_gr_2.gif]

解は複数組存在する場合もあるので、結果はリストで表示される。
Out[1] 内の最初の要素を取り出す。

[Graphics:Images/index_gr_3.gif]
[Graphics:Images/index_gr_4.gif]

さらに、I2を得るために、2番目の要素を取り出す。
[Graphics:Images/index_gr_5.gif]
[Graphics:Images/index_gr_6.gif]
[Graphics:Images/index_gr_7.gif]

コンデンサの電圧を表す式に、Out[3]で得られた電流 I2 を代入する。 (参照)一次的代入
[Graphics:Images/index_gr_8.gif]
[Graphics:Images/index_gr_9.gif]

電源電圧(1[v])をラプラス変換した、1/s で置き換えると、コンデンサの電圧が得られる。
[Graphics:Images/index_gr_10.gif]

これをラプラス逆変換すれば、コンデンサ電圧の時間応答(過渡応答)が求まる。
[Graphics:Images/index_gr_11.gif]
[Graphics:Images/index_gr_12.gif]

各素子の値、R=500[Ω], C=0.1[μF]を代入する。
[Graphics:Images/index_gr_13.gif]
[Graphics:Images/index_gr_14.gif]

得られた応答の指数関数部分より時定数 τ = 1/20000 であることがわかるので、
時間 t = 0〜6τ の範囲でグラフ化する。
[Graphics:Images/index_gr_15.gif]

[Graphics:Images/index_gr_16.gif]

[Graphics:Images/index_gr_17.gif]

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Converted by Mathematica October 14, 2003
東京工芸大学電子情報工学科
木下照弘 (T.Kinoshita)