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P 8.4-5 The circuit
shown in Figure P 8.4-5 is at steady state before the switch opens at t = 0. The switch remains open for 0.5
second and then closes. Determine v(t) for t ≥ 0. |
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Figure
P 8.4-5 |
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If the circuit is in steady
state by t = 0, then the capacitor is fully charged and acting like an open
circuit and we have the following circuit |
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The voltage across the
capacitor is the same as the voltage across the parallel pair of resistors
from the 10 Ω
and the 40 Ω resistors on the right
of the capacitor. So combining them
the effective resistance is |
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So we have an effective resistance of 8 Ω.
The voltage across that which is the same as the voltage across the
capacitor can be determined by voltage division since the 8
Ω resistor is in series with the remaining 40 Ω resistor
and the power supply. |
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When the switch opens if the
circuit reached steady state, it would look like. |
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So the voltage for the open circuit of the
capacitor this time is just the voltage across the right 40 Ω resistor. Since the circuit is now just two identical
resistors in series, the voltage division give us |
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The Thevenin
resistance is found from deactivating the power source |
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So the two resistors are in
parallel, so |
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So the standard form for the
capacitor voltage is |
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Now when the switch closes
again at t = 0.50 s, we need to know what the capacitor voltage was so plug
into that equation and we get |
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This becomes our new “v(0)” value. The long term steady state value, we already know from above
is 4 V. We do need a new Thevenin resistance which now comes from the circuit |
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This time the Thevenin resistance is due to all three resistors being
in parallel, so |
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So |
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Again using the standard
equation |
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