A ile B arasındaki Vₛ gerilim kaynağının + ucu B’dedir, bu yüzden VB − VA = Vₛ yapar. Süper düğümlü düğüm analizi kullanarak VB düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.
Is = 2 AVs = 8 VR1 = 15 ΩR2 = 2 Ω
VB = V
4.Düğüm analiziZor
Düğüm analizi kullanarak VA düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
10.Thévenin ve NortonZor
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 36 VIs = 1,5 AR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
11.Op-amp devreleriOrta
Bu evirmeyen yükseltecin gerilim kazancını 31 yapan geri besleme direnci Rf değerini seçin.
R1 = 2 kΩAv = 31
Rf = kΩ
12.Op-amp devreleriZor
İki ideal op-amp kademesi kaskat bağlanmıştır: bir eviren yükselteç (R1, Rf1) ve ardından bir evirmeyen yükselteç (toprağa R2, geri beslemede Rf2). İkisi de ±15 V ile beslenir. Giriş Vin = −0,55 V’tur. Çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Vₛ kaynağı kondansatörü R₁ üzerinden doldurur ve R₂, C’ye paralel bağlıdır. Anahtar t = 0’da kapandığında kondansatör boştur. t = 10 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 6 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩC = 22 µFt = 10 ms
vC = V
14.RC ve RL geçici rejimZor
R2 üzerindeki anahtar uzun süredir açıktır, bu yüzden bobin akımı sabittir. t = 0’da anahtar kapanır ve R2 direncini kısa devre eder. t = 0’dan ne kadar sonra bobin akımı 1 A’e ulaşır? t değerini bulun.
Vs = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩL = 68 mH
t = ms
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR1 = 1,125 A
Seri ve paralel dirençler: seride her dirençten aynı akım geçer ve R = R₁ + R₂ + …. Paralelde her direncin gerilimi aynıdır ve 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Merdiven ağı, tek bir eşdeğer direnç kalana kadar çift çift indirgenir.
Dirençleri en uzak uçtan birleştirin
Kaynağa en uzak uçtan başlayıp ona doğru geri gelin. Aynı akımı taşıyan dirençler seri; aynı iki düğüm arasındaki dirençler paraleldir.
R3 + R4 = 5 + 10 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 12·15/(12+15) = 6,667 Ω
Req = R1 + 6,667 = 20 + 6,667 = 26,67 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 30/26,67 = 1,125 A
Cevap
IR1 = 1,125 A
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 12,03 Ω
Seri ve paralel dirençler: seride her dirençten aynı akım geçer ve R = R₁ + R₂ + …. Paralelde her direncin gerilimi aynıdır ve 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Merdiven ağı, tek bir eşdeğer direnç kalana kadar çift çift indirgenir.
Dirençleri en uzak uçtan birleştirin
Kaynağa en uzak uçtan başlayıp ona doğru geri gelin. Aynı akımı taşıyan dirençler seri; aynı iki düğüm arasındaki dirençler paraleldir.
R5 + R6 = 4 + 4 = 8 Ω
R4 ∥ 8 = 5,217 Ω
R3 + 5,217 = 13,22 Ω
R2 ∥ 13,22 = 7,026 Ω
Req = R1 + 7,026 = 5 + 7,026 = 12,03 Ω
Cevap
Req = 12,03 Ω
3.Düğüm analizi
Cevap: VB = 4,471 V
Düğüm analizi: bir referans düğüm seçin, bilinmeyen düğüm gerilimlerini adlandırın, Ohm yasasını (I = ΔV/R) kullanarak her bilinmeyen düğümde Kirchhoff akım yasasını yazın ve denklemleri çözün.
Süper düğüm oluşturun
A ile B arasındaki gerilim kaynağı bilinmeyen bir akım taşır, bu yüzden A veya B için ayrı ayrı KAY yazılamaz. A, B ve kaynağı tek bir süper düğüm içine alın: ona giren akım çıkan akıma eşittir.
VB = VA + Vs = VA + 8
VA/R1 + VB/R2 = Is
Çözün
VA/15 + (VA + 8)/2 = 2
VA = (2 − 8/2)/(1/15 + 1/2) = −3,529 V
VB = −3,529 + 8 = 4,471 V
Cevap
VB = 4,471 V
4.Düğüm analizi
Cevap: VA = 4,944 V
Düğüm analizi: bir referans düğüm seçin, bilinmeyen düğüm gerilimlerini adlandırın, Ohm yasasını (I = ΔV/R) kullanarak her bilinmeyen düğümde Kirchhoff akım yasasını yazın ve denklemleri çözün.
Düğümleri belirleyin
Toprak alttaki teldir. Bilinen düğüm gerilimleri doğrudan kaynaklardan gelir (V1 = 15 V, V2 = 15 V). Bilinmeyenler: VA, VB.
A düğümünde KAY
A düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların A düğümüne verdiği akıma eşittir.
VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/20 + (VA − 15)/6 + (VA − VB)/2 = 0
0,7167·VA − 0,5·VB = 2,5
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/2 + (VB − VA)/2 + (VB − 15)/8 = (−2)
−0,5·VA + 1,125·VB = −0,125
Çözün
Δ = (0,7167)(1,125) − (−0,5)(−0,5) = 0,5563
VA = Δ1/Δ = 2,75/0,5563 = 4,944 V
VB = Δ2/Δ = 1,16/0,5563 = 2,086 V
Cevap
VA = 4,944 V
5.Çevre analizi
Cevap: IR1 = 1,714 A
Çevre analizi: düzlemsel bir devrenin her penceresine kendi çevre akımını verin, her çevrede Kirchhoff gerilim yasasını yazın (düşümlerin toplamı = artışların toplamı) ve çözün. Kol akımları çevre akımıdır veya ortak kolda iki çevre akımının farkıdır.
Çevre akımlarını atayın
Her pencereye saat yönünde bir akım çizin: I1, I2. İki çevrenin ortak direnci, bu akımların farkını taşır.
1 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
4·I1 + 2(I1 − I2) = 12
6·I1 − 2·I2 = 12
2 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
8·I2 + 2(I2 − I1) = (−12)
−2·I1 + 10·I2 = −12
Çözün
Δ = (6)(10) − (−2)(−2) = 56
I1 = Δ1/Δ = 96/56 = 1,714 A
I2 = Δ2/Δ = −48/56 = −0,8571 A
Cevap
IR1 = I1 = 1,714 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: IR5 = 2,733 A
Çevre analizi: düzlemsel bir devrenin her penceresine kendi çevre akımını verin, her çevrede Kirchhoff gerilim yasasını yazın (düşümlerin toplamı = artışların toplamı) ve çözün. Kol akımları çevre akımıdır veya ortak kolda iki çevre akımının farkıdır.
Çevre akımlarını atayın
Her pencereye saat yönünde bir akım çizin: I1, I2, I3. İki çevrenin ortak direnci, bu akımların farkını taşır.
1 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
3·I1 + 2(I1 − I2) = 9
5·I1 − 2·I2 = 9
2 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
3·I2 + 2(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 7·I2 − 2·I3 = 0
3 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
3·I3 + 2(I3 − I2) = (−15)
−2·I2 + 5·I3 = −15
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 135
I1 = Δ1/Δ = 219/135 = 1,622 A
I2 = Δ2/Δ = −60/135 = −0,4444 A
I3 = Δ3/Δ = −429/135 = −3,178 A
Cevap
IR5 = I2 − I3 = 2,733 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: IR1 = −2,875 A
Süperpozisyon: doğrusal bir devrede her gerilim veya akım, tek başına etkiyen her bağımsız kaynağa verilen yanıtların toplamıdır. Bir kaynağı kapatmak için ideal gerilim kaynağını kısa devre, ideal akım kaynağını açık devre ile değiştirin. Dirençler yerinde kalır.
Durum 1 · yalnızca V1
Iₛ açık devre olur, bu yüzden R₃ ve R₄ A’dan toprağa tek bir seri kol oluşturur; bu kol R₂ ile paraleldir.
R3+R4 = 6+6 = 12 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·12/(15+12) = 6,667 Ω
VA = 24·6,667/(4+6,667) = 15 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 15·6/12 = 7,5 V
IR1′ = (VA − V1)/R1 = (15 − 24)/4 = −2,25 A
Durum 2 · yalnızca Is
V₁ kısa devre olur, bu yüzden R₁, R₂ ile paraleldir. Iₛ, B’de R₄ ile R₃ üzerinden geçen yol arasında bölünür.
R1 ∥ R2 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 9,158 = 3,625 Ω
VB = Is·Req = (−2)·3,625 = −7,25 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −7,25·3,158/9,158 = −2,5 V
IR1″ = (VA − V1)/R1 = (−2,5 − 0)/4 = −0,625 A
Katkıları toplayın
IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = (−2,25) + (−0,625) = −2,875 A
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
8.Süperpozisyon
Cevap: V2 = 45 V
Süperpozisyon: doğrusal bir devrede her gerilim veya akım, tek başına etkiyen her bağımsız kaynağa verilen yanıtların toplamıdır. Bir kaynağı kapatmak için ideal gerilim kaynağını kısa devre, ideal akım kaynağını açık devre ile değiştirin. Dirençler yerinde kalır.
Durum 1 · tek başına V1
V₂ kısa devre, Iₛ açık devre olur. A’dan bakıldığında R₃, seri R₂+R₄ çifti ile paraleldir.
R3 ∥ (R2+R4) = 6 ∥ 45 = 5,294 Ω
VA = 10·5,294/(6+5,294) = 4,688 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 4,688·20/45 = 2,083 V
Durum 2 · tek başına Is
İki gerilim kaynağı da kısa devre olur. Iₛ, B’de R₄ (artık toprağa) ile R₁ ∥ R₃’e seri bağlı R₂ arasında bölünür. Iₛ’nin oku aşağı, düğümünden uzağa doğru gösterir, bu yüzden Iₛ o düğümden akım çeker: terimi eksi işaretle girer.
R1 ∥ R3 = 3 Ω, dolayısıyla sol yol R2+3 = 28 Ω
Req = R4 ∥ 28 = 11,67 Ω
VB = −Is·Req = −6·11,67 = −70 V
VA = VB·3/28 = −7,5 V
Durum 3 · tek başına V2, volt başına
V₁ kısa devre, Iₛ açık devre olur. R₁ ∥ R₃ A’dan başlar ve R₂ ile seri olarak B’ye döner.
R1 ∥ R3 = 3 Ω
VA‴ = V2·3/(20 + 25 + 3) = 0,0625·V2
VA’yı sıfıra eşitleyin
VA = 0 iken R₃ üzerinde gerilim yoktur, bu yüzden akımı sıfırdır.
VA′ + VA″ + VA‴ = 4,688 + (−7,5) + 0,0625·V2 = 0
V2 = 2,813/0,0625 = 45 V
Cevap
V2 = 45 V
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 3 V
Thévenin teoremi: her doğrusal iki uçlu ağ, Rth direncine seri tek bir Vth gerilim kaynağı gibi davranır. Norton teoremi aynı ağı Rth ile paralel IN = Vth/Rth akım kaynağı olarak verir.
Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun
Gerilim kaynaklarını kısa devre, akım kaynaklarını açık devreyle değiştirin, sonra devreye a–b’den bakın.
R1 ∥ R2 = 8·8/(8+8) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 6 = 10 Ω
Açık devre gerilimi Vth’yi bulun
a–b açıkken R₃’ten akım geçmez, bu yüzden üzerinde düşüm yoktur ve V_b = V_A olur. R₁ ve R₂ bir gerilim bölücü oluşturur.
Vth = V1·R2/(R1+R2) = 6·8/(8+8) = 3 V
10.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 23,63 V
Thévenin teoremi: her doğrusal iki uçlu ağ, Rth direncine seri tek bir Vth gerilim kaynağı gibi davranır. Norton teoremi aynı ağı Rth ile paralel IN = Vth/Rth akım kaynağı olarak verir.
Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun
Gerilim kaynaklarını kısa devre, akım kaynaklarını açık devreyle değiştirin, sonra devreye a–b’den bakın.
R1 ∥ R2 = 10·6/(10+6) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 3 = 6,75 Ω
Açık devre gerilimi Vth’yi bulun
a–b açıkken Iₛ’nin tek yolu R₃ üzerinden A düğümüne gitmektir. V_A’yı V₁ ve Iₛ’nin süperpozisyonuyla bulun, sonra R₃ üzerindeki düşümü ekleyin.
VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 13,5 + 1,5·3,75 = 19,13 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 19,13 + 1,5·3 = 23,63 V
11.Op-amp devreleri
Cevap: Rf = 60 kΩ
İdeal op-amp kuralları: negatif geri beslemeyle op-amp çıkışını iki girişi aynı gerilimde olacak şekilde sürer (V₋ = V₊) ve hiçbir girişe akım girmez. Bu iki gerçekle eviren girişte KAY yazmak çıkışı verir.
Evirmeyen yükselteç kazancı
V₋ = V₊ = Vin ve R₁’deki akım Rf’den de geçer, bu yüzden Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).
Av = 1 + Rf/R1
Rf = (31 − 1)·2 = 60 kΩ
Cevap
Rf = 60 kΩ
12.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = 8,25 V
İdeal op-amp kuralları: negatif geri beslemeyle op-amp çıkışını iki girişi aynı gerilimde olacak şekilde sürer (V₋ = V₊) ve hiçbir girişe akım girmez. Bu iki gerçekle eviren girişte KAY yazmak çıkışı verir.
Her kademenin kazancı
A1 = −Rf1/R1 = −10/1 = −10
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 1/2 = 1,5
Kademe kademe
V1 = −10·(−0,55) = 5,5 V
Vout = 1,5·5,5 = 8,25 V
Cevap
Vout = 8,25 V
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: vC = 0,2146 V
Birinci derece geçici rejim: tek kondansatörlü veya tek bobinli bir devrede her gerilim ve akım başlangıç değerinden son değerine üstel olarak gider: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, τ = RC veya τ = L/R ile. Yaklaşık 5τ sonra devre oturur.
Kondansatörün gördüğü Thévenin eşdeğeri
Rth’yi bulmak için kaynağı kısa devre edin; kondansatörün yerleşeceği gerilimi bulmak için kondansatörü açık devre yapın.
Rth = R1 ∥ R2 = 10·1/(10 + 1) = 0,9091 kΩ
vC(∞) = 6·1/(10 + 1) = 0,5455 V
Zaman sabiti
τ = Rth·C = 0,9091·22 = 20 ms
Şarj eğrisi
vC(t) = 0,5455·(1 − e−10/20) = 0,2146 V
Cevap
vC = 0,2146 V
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: t = 4,713 ms
Birinci derece geçici rejim: tek kondansatörlü veya tek bobinli bir devrede her gerilim ve akım başlangıç değerinden son değerine üstel olarak gider: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, τ = RC veya τ = L/R ile. Yaklaşık 5τ sonra devre oturur.
Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti
t = 0’dan önce iki direnç de devrededir; sonra kapalı anahtar R₂’yi devre dışı bırakır.