第三種電気主任技術者・2020年度・理論

2020年度 理論 問10

図の回路のスイッチを閉じたあとの電圧 v(t)v(t) の波形を考える。破線から左側にテブナンの定理を適用することで、回路の時定数 τ\tau [s] と v(t)v(t) の最終値 [V]の組合せとして、最も近いものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、初めスイッチは開いており、回路は定常状態にあったとする。
(回路定数:電源10V、直列抵抗3Ω、並列抵抗1Ω、並列コンデンサ1F)

2020年度 理論 問10の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2020年度 理論 問10

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正答:(2)

要点

正解は(2)。コンデンサから左側を見たテブナン等価回路で考えます。開放電圧は3Ωと1Ωの分圧で2.5V、等価抵抗は3Ωと1Ωの並列で0.75Ωなので、時定数は0.75sです。

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コンデンサ部分(破線の右側)から左側を見たテブナン等価回路を求める。
開放電圧(最終値となる電圧)VthV_{th} は、3Ωと1Ωでの分圧となる。
Vth=10×13+1=2.5 [V] V_{th} = 10 \times \dfrac{1}{3+1} = 2.5 \text{ [V]}
等価抵抗 RthR_{th} は、電源を短絡して考えると、3Ωと1Ωの並列接続となる。
Rth=3×13+1=0.75 Ω R_{th} = \dfrac{3 \times 1}{3 + 1} = 0.75 \, \Omega
時定数 τ\tau は C×RthC \times R_{th} で求まる。
τ=1[F]×0.75[Ω]=0.75 [s] \tau = 1 [\text{F}] \times 0.75 [\Omega] = 0.75 \text{ [s]}
よって、時定数 0.75 s、最終値 2.5 V。

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