In der Schaltung nach Bild a soll ein Kondensator mit der Kapazität
Es ist der zeitliche Verlauf der Kondensatorspannung
a) Gegebene Schaltung,
b) zeitlicher Verlauf der Kondensatorspannung
Kondensatorspannung
Wir führen der folgenden Abbildung die Teilspannungen
In der Schaltung gilt
Mit
wird aus Gl. (1)
Die Differenzialgleichung zur Bestimmung von
Hierbei können wir die anliegende Wechselspannung
darstellen.
Da der Schalter im positiven Scheitelwert der Spannung
Zur Lösung dieser Differenzialgleichung wählen wir den Ansatz
Für den Scheitelwert der stationären Kondensatorspannung gilt nach der Spannungsteilerregel (Bild a)
Mit
und
wird
Die Spannung
phasenverschoben. Da
Für die freie Kondensatorspannung
Hierbei betragen die Konstanten
Wir erhalten also konjugiert komplexe Ergebnisse. Diese wollen wir nachfolgend durch
darstellen, wobei
Setzen wir Gl. (5) in Gl. (4) ein, so können wir die sich ergebende Gleichung umformen in
Dabei sind
Wir setzen die in den Gl. (6) und (7) dargestellten Ergebnisse in Gl. (8) ein und erhalten mit
Die hierin enthaltenen Konstanten
Hieraus folgt
Weiterhin muss im Zeitpunkt
Setzen wir hierin die Bedingung
Setzen wir die ermittelten Werte in Gl. (4) ein, so erhalten wir
Mit
und
können wir den gesuchten Verlauf der Kondensatorspannung auch angeben durch
In Bild b ist dieser Verlauf grafisch dargestellt. Dabei ist der stationären Kondensatorspannung
und der Periodendauer
die nach einer e-Funktion abklingende freie Kondensatorspannung überlagert. Sie hat die Kreisfrequenz
und klingt mit der Zeitkonstanten
ab.