नोडल विश्लेषण से नोड वोल्टता VA (ग्राउंड के सापेक्ष) ज्ञात कीजिए।
V1 = 12 VIs = 3 AR1 = 4 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 Ω
VA = V
4.नोडल विश्लेषणकठिन
हीरा-आकृति एक वोल्टता-नियंत्रित धारा स्रोत है जो 0.2·VA की धारा (A में, VA को V में लेकर) ऊपर नोड B में धकेलता है। नोडल विश्लेषण से नोड वोल्टता VB (ग्राउंड के सापेक्ष) ज्ञात कीजिए।
धारा स्रोत Is (दिखाई गई दिशा) का वह मान ज्ञात कीजिए जिससे R3 से होकर धारा IR3 शून्य हो जाए।
V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
Is = A
8.अध्यारोपणकठिन
एक रैखिक प्रतिरोधी परिपथ में तीन स्वतंत्र स्रोत हैं: V1, V2 और Is। भार से धारा I तीन बार मापी जाती है। सभी स्रोत अपने सामान्य मानों पर होने पर I = −12.5 mA। V1 को दोगुना करने और अन्य दो को अपरिवर्तित रखने पर I = −17.5 mA। Is की दिशा उलटने और अन्य दो को अपरिवर्तित रखने पर I = 10.5 mA। जब V2 बंद हो और V1 तथा Is अपने सामान्य मानों पर हों, तब भार धारा I ज्ञात कीजिए।
सामान्य: I = −12.5 mA2·V1: I = −17.5 mA−Is: I = 10.5 mA
I = mA
9.थेवेनिन और नॉर्टनमध्यम
नॉर्टन धारा IN ज्ञात कीजिए: टर्मिनल शॉर्ट करने पर a से b की ओर बहने वाली धारा।
V1 = 18 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 Ω
IN = A
10.थेवेनिन और नॉर्टनकठिन
a–b के बीच भार RL = 4 Ω जुड़ा है। बाकी परिपथ को उसके थेवेनिन समतुल्य से बदलें और भार धारा IL ज्ञात कीजिए।
ऑप-एम्प आदर्श है और ±15 V आपूर्ति से चलता है; इसका आउटपुट ±14 V पर संतृप्त होता है। नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफ़ायर एक साइन तरंग से चलाया जाता है। वह सबसे बड़ा इनपुट आयाम Vin,max (शिखर मान) ज्ञात कीजिए जिस पर आउटपुट क्लिप नहीं होता।
R1 = 2 kΩRf = 47 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.ऑप-एम्प परिपथकठिन
योजक एम्पलीफ़ायर ±15 V आपूर्ति वाले आदर्श ऑप-एम्प का उपयोग करता है। आउटपुट वोल्टता Vout ज्ञात कीजिए।
t = 0 पर स्विच बंद होने से पहले प्रेरक में कोई धारा नहीं है। t = 1 ms पर प्रेरक में संचित ऊर्जा W mJ में ज्ञात कीजिए।
Vs = 9 VR = 47 ΩL = 22 mHt = 1 ms
W = mJ
14.RC और RL क्षणिक अवस्थाएँकठिन
t = 0 पर स्विच बंद होने से ठीक पहले संधारित्र पर दर्शाई ध्रुवता के साथ 8 V है। vC को 14.4 V तक पहुँचने में कितना समय लगता है? t ज्ञात कीजिए।
Vs = 24 VR = 2.2 kΩC = 22 µFvC(0) = 8 V
t = ms
3विलयन
1.श्रेणी और समांतर प्रतिरोधक
उत्तर: IR2 = 0.3231 A
श्रेणी और समांतर प्रतिरोधक: श्रेणी में हर प्रतिरोधक से समान धारा बहती है और R = R₁ + R₂ + …। समांतर में हर प्रतिरोधक पर समान वोल्टता होती है और 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …। सीढ़ी नेटवर्क को एक-एक युग्म घटाया जाता है जब तक एक समतुल्य प्रतिरोध न बचे।
दूर वाले सिरे से प्रतिरोधक जोड़ें
स्रोत से सबसे दूर वाले सिरे से शुरू करें और उसकी ओर लौटें। समान धारा वाले प्रतिरोधक श्रेणी में हैं; समान दो नोड के बीच वाले प्रतिरोधक समांतर में हैं।
R3 + R4 = 8 + 6 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 5·14/(5+14) = 3.684 Ω
Req = R1 + 3.684 = 10 + 3.684 = 13.68 Ω
स्रोत से धारा
स्रोत केवल Req देखता है, इसलिए ओम का नियम उसकी दी धारा देता है। यह धारा R₁ से होकर बहती है।
IR1 = V1/Req = 6/13.68 = 0.4385 A
R₂ से होकर धारा
नोड A पर वोल्टता पाने के लिए R₁ पर पात घटाएँ, जो R₂ पर वोल्टता है।
VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0.4385·10 = 1.615 V
IR2 = VA/R2 = 1.615/5 = 0.3231 A
उत्तर
IR2 = 0.3231 A
2.श्रेणी और समांतर प्रतिरोधक
उत्तर: IR2 = 0.1278 A
श्रेणी और समांतर प्रतिरोधक: श्रेणी में हर प्रतिरोधक से समान धारा बहती है और R = R₁ + R₂ + …। समांतर में हर प्रतिरोधक पर समान वोल्टता होती है और 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …। सीढ़ी नेटवर्क को एक-एक युग्म घटाया जाता है जब तक एक समतुल्य प्रतिरोध न बचे।
दूर वाले सिरे से प्रतिरोधक जोड़ें
स्रोत से सबसे दूर वाले सिरे से शुरू करें और उसकी ओर लौटें। समान धारा वाले प्रतिरोधक श्रेणी में हैं; समान दो नोड के बीच वाले प्रतिरोधक समांतर में हैं।
R5 + R6 = 12 + 6 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 6.429 Ω
R3 + 6.429 = 8.429 Ω
R2 ∥ 8.429 = 1.616 Ω
Req = R1 + 1.616 = 30 + 1.616 = 31.62 Ω
स्रोत से धारा
स्रोत केवल Req देखता है, इसलिए ओम का नियम उसकी दी धारा देता है। यह धारा R₁ से होकर बहती है।
IR1 = V1/Req = 5/31.62 = 0.1581 A
R₂ से होकर धारा
नोड A पर वोल्टता पाने के लिए R₁ पर पात घटाएँ, जो R₂ पर वोल्टता है।
VA = V1 − IR1·R1 = 5 − 0.1581·30 = 0.2556 V
IR2 = VA/R2 = 0.2556/2 = 0.1278 A
उत्तर
IR2 = 0.1278 A
3.नोडल विश्लेषण
उत्तर: VA = 7.5 V
नोडल विश्लेषण: एक संदर्भ नोड चुनें, अज्ञात नोड वोल्टताओं को नाम दें, ओम के नियम (I = ΔV/R) से हर अज्ञात नोड पर किरचॉफ़ धारा नियम लिखें, और समीकरण हल करें।
नोड तय करें
ग्राउंड नीचे वाला तार है। ज्ञात नोड वोल्टताएँ सीधे स्रोतों से मिलती हैं (V1 = 12 V)। अज्ञात: VA, VB।
नोड A पर KCL
प्रतिरोधकों से होकर A से निकलने वाली धाराएँ स्रोतों द्वारा A में भेजी गई धारा के बराबर हैं।
VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/4 + (VA − 12)/4 + (VA − VB)/2 = 0
VA − 0.5·VB = 3
नोड B पर KCL
प्रतिरोधकों से होकर B से निकलने वाली धाराएँ स्रोतों द्वारा B में भेजी गई धारा के बराबर हैं।
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/4 + (VB − VA)/2 = 3
−0.5·VA + 0.75·VB = 3
हल करें
Δ = (1)(0.75) − (−0.5)(−0.5) = 0.5
VA = Δ1/Δ = 3.75/0.5 = 7.5 V
VB = Δ2/Δ = 4.5/0.5 = 9 V
उत्तर
VA = 7.5 V
4.नोडल विश्लेषण
उत्तर: VB = 21.43 V
नोडल विश्लेषण: एक संदर्भ नोड चुनें, अज्ञात नोड वोल्टताओं को नाम दें, ओम के नियम (I = ΔV/R) से हर अज्ञात नोड पर किरचॉफ़ धारा नियम लिखें, और समीकरण हल करें।
नोड A पर KCL
प्रतिरोधकों से होकर A से निकलने वाली धाराएँ स्रोतों द्वारा A में धकेली गई धारा के बराबर हैं।
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0.3167·VA − 0.05·VB = 3
नोड B पर KCL
आश्रित स्रोत g·VA को नोड B में धकेलता है। इसे स्वतंत्र स्रोत की तरह मानें, फिर VA पद को बाईं ओर ले जाएँ।
(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0.2·VA
−0.25·VA + 0.15·VB = 0
हल करें
Δ = (0.3167)(0.15) − (−0.05)(−0.25) = 0.035
VA = Δ1/Δ = 0.45/0.035 = 12.86 V
VB = Δ2/Δ = 0.75/0.035 = 21.43 V
उत्तर
VB = 21.43 V
5.मेश विश्लेषण
उत्तर: I1 = 0.8741 A
मेश विश्लेषण: समतलीय परिपथ की हर खिड़की को अपनी लूप धारा दें, हर लूप के चारों ओर किरचॉफ़ वोल्टता नियम लिखें (पातों का योग = वृद्धियों का योग), और हल करें। शाखा धाराएँ मेश धारा होती हैं, या साझा शाखा पर दो मेश धाराओं का अंतर।
मेश धाराएँ निर्धारित करें
हर खिड़की में दक्षिणावर्त धारा बनाएँ: I1, I2। दो मेश में साझा प्रतिरोधक उनकी धाराओं का अंतर वहन करता है।
मेश 1 के चारों ओर KVL
दक्षिणावर्त चलते हुए प्रतिरोधकों पर वोल्टता पात, स्रोतों की वोल्टता वृद्धि के बराबर होते हैं (चलने की दिशा में − से +)।
R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
15·I1 + 15(I1 − I2) = 24
30·I1 − 15·I2 = 24
मेश 2 के चारों ओर KVL
दक्षिणावर्त चलते हुए प्रतिरोधकों पर वोल्टता पात, स्रोतों की वोल्टता वृद्धि के बराबर होते हैं (चलने की दिशा में − से +)।
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
6·I2 + 15(I2 − I1) = (−10)
−15·I1 + 21·I2 = −10
हल करें
Δ = (30)(21) − (−15)(−15) = 405
I1 = Δ1/Δ = 354/405 = 0.8741 A
I2 = Δ2/Δ = 60/405 = 0.1481 A
उत्तर
I1 = 0.8741 A
ऋणात्मक मेश धारा वामावर्त बहती है।
6.मेश विश्लेषण
उत्तर: IR3 = −0.6394 A
मेश विश्लेषण: समतलीय परिपथ की हर खिड़की को अपनी लूप धारा दें, हर लूप के चारों ओर किरचॉफ़ वोल्टता नियम लिखें (पातों का योग = वृद्धियों का योग), और हल करें। शाखा धाराएँ मेश धारा होती हैं, या साझा शाखा पर दो मेश धाराओं का अंतर।
मेश धाराएँ निर्धारित करें
हर खिड़की में दक्षिणावर्त धारा बनाएँ: I1, I2, I3। दो मेश में साझा प्रतिरोधक उनकी धाराओं का अंतर वहन करता है।
मेश 1 के चारों ओर KVL
दक्षिणावर्त चलते हुए प्रतिरोधकों पर वोल्टता पात, स्रोतों की वोल्टता वृद्धि के बराबर होते हैं (चलने की दिशा में − से +)।
R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
2·I1 + 15(I1 − I2) = 6
17·I1 − 15·I2 = 6
मेश 2 के चारों ओर KVL
दक्षिणावर्त चलते हुए प्रतिरोधकों पर वोल्टता पात, स्रोतों की वोल्टता वृद्धि के बराबर होते हैं (चलने की दिशा में − से +)।
R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
20·I2 + 15(I2 − I1) + 3(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 38·I2 − 3·I3 = 0
मेश 3 के चारों ओर KVL
दक्षिणावर्त चलते हुए प्रतिरोधकों पर वोल्टता पात, स्रोतों की वोल्टता वृद्धि के बराबर होते हैं (चलने की दिशा में − से +)।
R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
12·I3 + 3(I3 − I2) = (−10)
−3·I2 + 15·I3 = −10
हल करें
Δ = गुणांक आव्यूह का सारणिक = 6162
I1 = Δ1/Δ = 2916/6162 = 0.4732 A
I2 = Δ2/Δ = 840/6162 = 0.1363 A
I3 = Δ3/Δ = −3940/6162 = −0.6394 A
उत्तर
IR3 = I3 = −0.6394 A
ऋणात्मक मेश धारा वामावर्त बहती है।
7.अध्यारोपण
उत्तर: Is = 1.286 A
अध्यारोपण: रैखिक परिपथ में कोई भी वोल्टता या धारा, हर स्वतंत्र स्रोत के अकेले कार्य करने पर मिलने वाली अनुक्रियाओं का योग होती है। किसी स्रोत को बंद करने के लिए आदर्श वोल्टता स्रोत को शॉर्ट सर्किट और आदर्श धारा स्रोत को खुले परिपथ से बदलें। प्रतिरोधक अपनी जगह रहते हैं।
स्थिति 1 · अकेले V1 का प्रभाव
Iₛ खुला परिपथ बन जाता है, इसलिए R₃ और R₄ A से ग्राउंड तक एक श्रेणी शाखा बनाते हैं, जो R₂ के समांतर है।
R3+R4 = 6+2 = 8 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·8/(6+8) = 3.429 Ω
VA = 6·3.429/(8+3.429) = 1.8 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 1.8·2/8 = 0.45 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (1.8 − 0.45)/6 = 0.225 A
स्थिति 2 · अकेले Is का प्रभाव
V₁ शॉर्ट बन जाता है, इसलिए R₁ ∥ R₂, A से ग्राउंड तक लगा है। Iₛ, B पर R₄ और पथ R₃ + R₁∥R₂ के बीच बँटता है; R₃ से होकर भाग B से A की ओर, तीर के विपरीत बहता है।
अध्यारोपण: रैखिक परिपथ में कोई भी वोल्टता या धारा, हर स्वतंत्र स्रोत के अकेले कार्य करने पर मिलने वाली अनुक्रियाओं का योग होती है। किसी स्रोत को बंद करने के लिए आदर्श वोल्टता स्रोत को शॉर्ट सर्किट और आदर्श धारा स्रोत को खुले परिपथ से बदलें। प्रतिरोधक अपनी जगह रहते हैं।
मापों को योगदानों के साथ लिखें
हर योगदान अपने स्रोत के समानुपाती है।
I₁ + I₂ + I₃ = −12.5
2·I₁ + I₂ + I₃ = −17.5
I₁ + I₂ − I₃ = 10.5
योगदानों के लिए हल करें
I₁ = −17.5 − (−12.5) = −5 mA
I₃ = (−12.5 − 10.5)/2 = −11.5 mA
I₂ = −12.5 − (−5) − (−11.5) = 4 mA
V₂ बंद करें
I = I₁ + I₃ = (−5) + (−11.5) = −16.5 mA
उत्तर
I = −16.5 mA
9.थेवेनिन और नॉर्टन
उत्तर: IN = 3.214 A
थेवेनिन प्रमेय: कोई भी रैखिक दो-टर्मिनल नेटवर्क प्रतिरोध Rth के साथ श्रेणी में एक वोल्टता स्रोत Vth जैसा व्यवहार करता है। नॉर्टन प्रमेय उसी नेटवर्क को Rth के समांतर धारा स्रोत IN = Vth/Rth के रूप में देता है।
सभी स्रोत बंद करके Rth ज्ञात करें
वोल्टता स्रोतों को शॉर्ट और धारा स्रोतों को खुले परिपथ से बदलें, फिर a–b से परिपथ में देखें।
R1 ∥ R2 = 3·10/(3+10) = 2.308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.308 + 2 = 4.308 Ω
Vth, खुले परिपथ की वोल्टता ज्ञात करें
a–b खुला होने पर R₃ में धारा नहीं बहती, इसलिए उस पर कोई पात नहीं और V_b = V_A। R₁ और R₂ वोल्टता विभाजक बनाते हैं।
Vth = V1·R2/(R1+R2) = 18·10/(3+10) = 13.85 V
नॉर्टन समतुल्य
नॉर्टन स्रोत वही परिपथ है जिसे R_th के समांतर एक धारा स्रोत के रूप में देखा जाता है। इसकी धारा a–b पर शॉर्ट-सर्किट धारा है।
IN = Vth/Rth = 13.85/4.308 = 3.214 A
10.थेवेनिन और नॉर्टन
उत्तर: IL = −2.372 A
थेवेनिन प्रमेय: कोई भी रैखिक दो-टर्मिनल नेटवर्क प्रतिरोध Rth के साथ श्रेणी में एक वोल्टता स्रोत Vth जैसा व्यवहार करता है। नॉर्टन प्रमेय उसी नेटवर्क को Rth के समांतर धारा स्रोत IN = Vth/Rth के रूप में देता है।
सभी स्रोत बंद करके Rth ज्ञात करें
वोल्टता स्रोतों को शॉर्ट और धारा स्रोतों को खुले परिपथ से बदलें, फिर a–b से परिपथ में देखें।
R1 ∥ R2 = 30·12/(30+12) = 8.571 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 8.571 + 12 = 20.57 Ω
Vth, खुले परिपथ की वोल्टता ज्ञात करें
a–b खुला होने पर Iₛ का एकमात्र मार्ग R₃ से होकर नोड A तक है। V₁ और Iₛ के अध्यारोपण से V_A ज्ञात करें, फिर R₃ पर पात जोड़ें।
VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 3.429 + (−3)·8.571 = −22.29 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −22.29 + (−3)·12 = −58.29 V
भार को थेवेनिन समतुल्य से जोड़ें
थेवेनिन स्रोत और श्रेणी R_th, a–b पर बिल्कुल मूल परिपथ की तरह व्यवहार करते हैं, इसलिए भार एक सरल श्रेणी लूप देखता है।
IL = Vth/(Rth + RL) = −58.29/(20.57 + 4) = −2.372 A
11.ऑप-एम्प परिपथ
उत्तर: Vin,max = 0.5714 V
आदर्श ऑप-एम्प नियम: ऋणात्मक पुनर्निवेश के साथ ऑप-एम्प अपना आउटपुट ऐसे चलाता है कि दोनों इनपुट समान वोल्टता पर रहें (V₋ = V₊), और किसी भी इनपुट में धारा नहीं जाती। इन दो तथ्यों के साथ इनवर्टिंग इनपुट पर KCL लिखने से आउटपुट मिलता है।
लब्धि
Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 47/2 = 24.5
क्लिपिंग से पहले सबसे बड़ा इनपुट
Vin,max = Vsat/|Av| = 14/24.5 = 0.5714 V
उत्तर
Vin,max = 0.5714 V
12.ऑप-एम्प परिपथ
उत्तर: Vout = −1.64 V
आदर्श ऑप-एम्प नियम: ऋणात्मक पुनर्निवेश के साथ ऑप-एम्प अपना आउटपुट ऐसे चलाता है कि दोनों इनपुट समान वोल्टता पर रहें (V₋ = V₊), और किसी भी इनपुट में धारा नहीं जाती। इन दो तथ्यों के साथ इनवर्टिंग इनपुट पर KCL लिखने से आउटपुट मिलता है।
इनपुट धाराएँ
V₋ = 0, इसलिए हर इनपुट प्रतिरोधक पर उसकी पूरी इनपुट वोल्टता है।
I1 = V1/R1 = 1.7/10 = 0.17 mA
I2 = V2/R2 = −0.6/100 = −0.006 mA
If = I1 + I2 = 0.164 mA
आउटपुट वोल्टता
Vout = −Rf·If = −10·0.164 = −1.64 V
उत्तर
Vout = −1.64 V
13.RC और RL क्षणिक अवस्थाएँ
उत्तर: W = 0.3137 mJ
प्रथम-कोटि क्षणिक अवस्थाएँ: एक संधारित्र या एक प्रेरक वाले परिपथ में हर वोल्टता और धारा अपने प्रारंभिक मान से अंतिम मान तक घातांकी रूप से बदलती है: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, जहाँ τ = RC या τ = L/R। लगभग 5τ के बाद परिपथ स्थिर हो जाता है।
समय स्थिरांक और अंतिम धारा
स्विच बंद होने के बहुत बाद प्रेरक शॉर्ट सर्किट जैसा व्यवहार करता है, इसलिए अंतिम धारा केवल R से तय होती है।
τ = L/R = 22 mH / 47 Ω = 0.4681 ms
i(∞) = Vs/R = 9/47 = 0.1915 A
दिए गए समय पर धारा
i(t) = 0.1915·(1 − e−1/0.4681) = 0.1689 A
संचित ऊर्जा
W = ½·L·i² = ½·22·0.1689² = 0.3137 mJ
उत्तर
W = 0.3137 mJ
14.RC और RL क्षणिक अवस्थाएँ
उत्तर: t = 24.72 ms
प्रथम-कोटि क्षणिक अवस्थाएँ: एक संधारित्र या एक प्रेरक वाले परिपथ में हर वोल्टता और धारा अपने प्रारंभिक मान से अंतिम मान तक घातांकी रूप से बदलती है: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, जहाँ τ = RC या τ = L/R। लगभग 5τ के बाद परिपथ स्थिर हो जाता है।
प्रारंभिक मान, अंतिम मान, समय स्थिरांक
संधारित्र वोल्टता अचानक नहीं बदल सकती, इसलिए वह अपने संचित मान से शुरू होकर स्रोत वोल्टता की ओर जाती है।