Doğrusal dirençli bir devrede üç bağımsız kaynak vardır: V1, V2 ve Is. Bir yükten geçen I akımı üç kez ölçülür. Tüm kaynaklar normal değerlerindeyken I = 3 mA. V1 iki katına çıkarılıp diğer ikisi değişmediğinde I = 8,5 mA. Is kaynağının yönü ters çevrilip diğer ikisi değişmediğinde I = −8 mA. V2 kapatıldığında ve V1 ile Is normal değerlerindeyken yük akımı I değerini bulun.
normal: I = 3 mA2·V1: I = 8,5 mA−Is: I = −8 mA
I = mA
9.Thévenin ve NortonOrta
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
10.Thévenin ve NortonZor
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 9 VIs = 6 AR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
11.Op-amp devreleriOrta
Bu evirmeyen yükseltecin gerilim kazancını 31 yapan geri besleme direnci Rf değerini seçin.
R1 = 47 kΩAv = 31
Rf = kΩ
12.Op-amp devreleriZor
Toplayıcı yükselteç, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır. Geri besleme direncinden çıkışa doğru akan If akımını bulun.
V1 = 1 VV2 = 1,6 VR1 = 1 kΩR2 = 100 kΩRf = 1 kΩ
If = mA
13.RC ve RL geçici rejimOrta
Vₛ kaynağı kondansatörü R₁ üzerinden doldurur ve R₂, C’ye paralel bağlıdır. Anahtar t = 0’da kapandığında kondansatör boştur. t = 50 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 15 VR1 = 4,7 kΩR2 = 6,8 kΩC = 68 µFt = 50 ms
vC = V
14.RC ve RL geçici rejimZor
Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 10 V vardır. t = 300 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 15 VR = 10 kΩC = 68 µFvC(0) = 10 Vt = 300 ms
vC = V
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 14,64 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.
R3 + R4 = 12 + 10 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 3·22/(3+22) = 2,64 Ω
Req = R1 + 2,64 = 12 + 2,64 = 14,64 Ω
Cevap
Req = 14,64 Ω
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 2,792 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.
R5 + R6 = 30 + 20 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 6,897 Ω
R3 + 6,897 = 26,9 Ω
R2 ∥ 26,9 = 3,482 Ω
Req = R1 + 3,482 = 4 + 3,482 = 7,482 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 24/7,482 = 3,208 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 3,208·4 = 11,17 V
IR2 = VA/R2 = 11,17/4 = 2,792 A
Cevap
IR2 = 2,792 A
3.Düğüm analizi
Cevap: IR3 = 0,6316 A
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 = 24 V). Bilinmeyenler: VA, VB.
A düğümünde KAY
A düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların A düğümüne verdiği akıma eşittir.
VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/12 + (VA − 24)/20 + (VA − VB)/15 = 0
0,2·VA − 0,06667·VB = 1,2
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
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 = 9 V, V2 = 10 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/12 + (VA − 9)/15 + (VA − VB)/25 = 0
0,19·VA − 0,04·VB = 0,6
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/20 + (VB − VA)/25 + (VB − 10)/5 = (−2)
−0,04·VA + 0,29·VB = 0
Çözün
Δ = (0,19)(0,29) − (−0,04)(−0,04) = 0,0535
VA = Δ1/Δ = 0,174/0,0535 = 3,252 V
VB = Δ2/Δ = 0,024/0,0535 = 0,4486 V
Cevap
VB = 0,4486 V
5.Çevre analizi
Cevap: IR1 = 1,667 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
2·I1 + 6(I1 − I2) = 18
8·I1 − 6·I2 = 18
2 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
12·I2 + 6(I2 − I1) = (−24)
−6·I1 + 18·I2 = −24
Çözün
Δ = (8)(18) − (−6)(−6) = 108
I1 = Δ1/Δ = 180/108 = 1,667 A
I2 = Δ2/Δ = −84/108 = −0,7778 A
Cevap
IR1 = I1 = 1,667 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: VR4 = 3,375 V
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
12·I1 + 30(I1 − I2) = 10
42·I1 − 30·I2 = 10
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
4·I2 + 30(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 36·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
20·I3 + 2(I3 − I2) = (−9)
−2·I2 + 22·I3 = −9
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 13296
I1 = Δ1/Δ = 7340/13296 = 0,552 A
I2 = Δ2/Δ = 5844/13296 = 0,4395 A
I3 = Δ3/Δ = −4908/13296 = −0,3691 A
Cevap
IR4 = I1 − I2 = 0,1125 A
VR4 = IR4·R4 = 0,1125·30 = 3,375 V
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: IR2 = 3,354 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 = 2+20 = 22 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 3·22/(3+22) = 2,64 Ω
VA = 30·2,64/(10+2,64) = 6,266 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 6,266·20/22 = 5,696 V
IR2′ = (VA − 0)/R2 = (6,266 − 0)/3 = 2,089 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 = 10·3/(10+3) = 2,308 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 20 ∥ 4,308 = 3,544 Ω
VB = Is·Req = 2·3,544 = 7,089 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 7,089·2,308/4,308 = 3,797 V
IR2″ = (VA − 0)/R2 = (3,797 − 0)/3 = 1,266 A
Katkıları toplayın
IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = 2,089 + 1,266 = 3,354 A
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
8.Süperpozisyon
Cevap: I = 11 mA
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.
Ölçümleri katkılarla yazın
Her katkı kendi kaynağıyla orantılıdır.
I₁ + I₂ + I₃ = 3
2·I₁ + I₂ + I₃ = 8,5
I₁ + I₂ − I₃ = −8
Katkıları çözün
I₁ = 8,5 − 3 = 5,5 mA
I₃ = (3 − (−8))/2 = 5,5 mA
I₂ = 3 − 5,5 − 5,5 = −8 mA
V₂’yi kapatın
I = I₁ + I₃ = 5,5 + 5,5 = 11 mA
Cevap
I = 11 mA
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 2,857 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 = 20·8/(20+8) = 5,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,714 + 10 = 15,71 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) = 10·8/(20+8) = 2,857 V
10.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 62,14 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 = 6·15/(6+15) = 4,286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,286 + 5 = 9,286 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) = 6,429 + 6·4,286 = 32,14 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 32,14 + 6·5 = 62,14 V
11.Op-amp devreleri
Cevap: Rf = 1410 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)·47 = 1410 kΩ
Cevap
Rf = 1410 kΩ
12.Op-amp devreleri
Cevap: If = 1,016 mA
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.
Giriş akımları
V₋ = 0, bu yüzden her giriş direncinin üzerinde kendi giriş geriliminin tamamı vardır.
I1 = V1/R1 = 1/1 = 1 mA
I2 = V2/R2 = 1,6/100 = 0,016 mA
If = I1 + I2 = 1,016 mA
Cevap
If = 1,016 mA
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: vC = 2,062 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 = 4,7·6,8/(4,7 + 6,8) = 2,779 kΩ
vC(∞) = 15·6,8/(4,7 + 6,8) = 8,87 V
Zaman sabiti
τ = Rth·C = 2,779·68 = 189 ms
Şarj eğrisi
vC(t) = 8,87·(1 − e−50/189) = 2,062 V
Cevap
vC = 2,062 V
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: vC = 11,78 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.
Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti
Kondansatör gerilimi sıçrayamaz; bu yüzden depolanan değerden başlar ve kaynak gerilimine yönelir.