전기 공학에서 수동 선형 구성 요소(저항(R), 축전기(C), 유도자(L))로 구성된 네트워크 분석은 기본입니다. 이러한 구성 요소는 입력과 출력 간의 관계를 전달 함수를 사용하여 분석할 수 있는 회로로 구성됩니다. 커패시터 전압을 입력 전압과 연관시키는 RLC 회로의 전달 함수는 키르히호프의 법칙을 사용하여 도출할 수 있습니다.
전달 함수를 도출하려면 구성 요소가 직렬로 연결된 RLC 회로를 고려합니다. 키르히호프의 전압 법칙(KVL)은 폐쇄 루프 주변의 모든 전압의 합이 0이라고 명시합니다. RLC 회로의 경우, 이는 초기 조건이 0이라고 가정할 때 다음의 적분-미분 방정식으로 변환됩니다.
여기서 V(t)는 입력 전압이고, VR(t)=i(t)R은 저항기 전압이고, VC(t)=q(t)/C는 커패시터 전압입니다. 여기서 q(t)는 커패시터의 전하이고, VL(t) = L(di(t)/dt)는 인덕터 전압입니다.
전류 i(t)는 i(t)=dq(t)/dt에 의해 전하 q(t)와 관련이 있습니다. 이러한 관계를 KVL 방정식에 대입하면 다음과 같습니다.
방정식을 전압 형태로 작성하고 양쪽의 라플라스 변환을 취하고 모든 초기 조건이 0이라고 가정하면 다음 방정식이 얻어집니다.
전달 함수를 풀기 위해 항을 재배열합니다.
이 전달 함수는 주파수 영역에서 입력 전압에 대한 축전기 전압을 나타냅니다. 저항과 유사하지만 축전기와 유도자에 적용할 수 있는 온저항은 전달 함수를 정의하는 데 중요한 역할을 합니다. 또한 키르히호프의 전류 법칙(KCL)을 사용하여 노드 분석을 통해 전달 함수를 도출할 수도 있습니다. 이 법칙은 노드에 들어오는 전류의 합은 노드에서 나가는 전류의 합과 같아야 한다고 명시합니다. RLC 회로에서 총 전류는 축전기를 통과하는 전류와 저항과 유도자의 직렬 조합을 통과하는 전류의 합입니다. KCL을 적용하고 단순화하면 동일한 전달 함수를 얻을 수 있습니다.
KVL과 KCL은 회로 분석에서 강력한 도구로, 주파수 영역에서 전기 네트워크의 동적 동작을 간결하게 설명하는 전달 함수를 도출할 수 있습니다. 이러한 방법은 다양한 응용 분야에서 복잡한 회로를 설계하고 분석하는 데 필수적입니다.
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