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P 8.7-6 Determine v(t) for the circuit shown in Figure P
8.7-6. |
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Figure
P 8.7-6 |
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For t < 0, when the circuit
is in steady state we have |
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At steady state
the capacitor is acting like an open circuit so there is no current going
through the 5 Ω
resistor. The voltage across the
capacitor then is the voltage across the 2 Ω
resistor. We can find that by voltage
division on the right loop of the circuit where current is flowing from the
30 V source. |
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After time t = 0 the circuit
now looks like and we have annotated it to help in analyzing it. |
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Let’s write a current junction |
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We can find |
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Plugging this into the current
junction equation |
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Rearranging |
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So this is the forcing equation. Assume a forcing solution of |
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Collecting terms |
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Comparing coefficients |
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and |
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The first equation yields |
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And the second |
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So the forced solution is |
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For natural solution
need Thevenin resistance. Deactivating power source gives |
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4 Ω
and 2 Ω resistors are in
parallel so |
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This is now in series with the
5 Ω resistor, so the Thevenin resistance is |
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So the time constant is |
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So the natural solution is |
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So a full solution is |
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Now use value at t = 0 |
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So |
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