Eşkenar dörtgen, B düğümüne yukarı doğru 0,05·VA akımını (A cinsinden, VA V cinsinden) iten gerilim kontrollü bir akım kaynağıdır. Düğüm analizi kullanarak VB düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.
Doğrusal dirençli bir devrede bir Vs gerilim kaynağı ve bir Is akım kaynağı vardır. Bir yük direncinden geçen I akımı iki kez ölçülür: Vs = 15 V ve Is = 10 mA iken I = 6 mA; Vs = 8 V ve Is = 2 mA iken I = 2,2 mA. Vs = 15 V ve Is = 4 mA iken yük akımı I değerini bulun.
15 V, 10 mA → 6 mA8 V, 2 mA → 2,2 mAVs = 15 V, Is = 4 mA
I = mA
8.SüperpozisyonZor
Süperpozisyon kullanarak ok yönünde R3 üzerinden geçen IR3 akımını bulun.
a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.
V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin ve NortonZor
Norton akımı IN değerini bulun: uçlar kısa devre edilirse a’dan b’ye akan akım.
V1 = 15 VIs = 0,5 AR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 Ω
IN = A
11.Op-amp devreleriOrta
Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir; çıkışı ±12 V’ta doyuma ulaşır. Evirmeyen yükselteç sinüs dalgasıyla sürülüyor. Çıkışın kırpılmadığı en büyük giriş genliği Vin,max (tepe değeri) değerini bulun.
R1 = 47 kΩRf = 100 kΩVsat = ±12 V
Vin,max = V
12.Op-amp devreleriZor
Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir. Direnç oranları eşleşmiyor. Çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 2 ms anında bobin üzerindeki vL gerilimini bulun.
Vs = 12 VR = 22 ΩL = 33 mHt = 2 ms
vL = V
14.RC ve RL geçici rejimZor
Bir zamanlayıcı, t = 0’da 12 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 10,8 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 1000 ms sonra tetiklemelidir. C = 10 µF ile gereken direnç R değerini bulun.
Vs = 12 VVth = 10,8 VT = 1000 msC = 10 µF
R = kΩ
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR1 = 3,728 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 = 8 + 3 = 11 Ω
R2 ∥ 11 = 5·11/(5+11) = 3,438 Ω
Req = R1 + 3,438 = 3 + 3,438 = 6,438 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 24/6,438 = 3,728 A
Cevap
IR1 = 3,728 A
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 18,18 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 = 6 + 10 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 1,778 Ω
R3 + 1,778 = 6,778 Ω
R2 ∥ 6,778 = 3,183 Ω
Req = R1 + 3,183 = 15 + 3,183 = 18,18 Ω
Cevap
Req = 18,18 Ω
3.Düğüm analizi
Cevap: VB = 7,85 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 = 6 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/6 + (VA − 6)/10 + (VA − VB)/8 = 0
0,3917·VA − 0,125·VB = 0,6
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/8 = 1
−0,125·VA + 0,1917·VB = 1
Çözün
Δ = (0,3917)(0,1917) − (−0,125)(−0,125) = 0,05944
VA = Δ1/Δ = 0,24/0,05944 = 4,037 V
VB = Δ2/Δ = 0,4667/0,05944 = 7,85 V
Cevap
VB = 7,85 V
4.Düğüm analizi
Cevap: VB = 1,878 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.
A düğümünde KAY
Dirençler üzerinden A’dan çıkan akımlar, kaynakların A’ya ittiği akıma eşittir.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,1833·VA − 0,05·VB = 1,8
B düğümünde KAY
Bağımlı kaynak B düğümüne g·VA iter. Onu bağımsız bir kaynak gibi ele alın, sonra VA terimini sol tarafa taşıyın.
(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,05·VA
−0,1·VA + 0,55·VB = 0
Çözün
Δ = (0,1833)(0,55) − (−0,05)(−0,1) = 0,09583
VA = Δ1/Δ = 0,99/0,09583 = 10,33 V
VB = Δ2/Δ = 0,18/0,09583 = 1,878 V
Cevap
VB = 1,878 V
5.Çevre analizi
Cevap: VR3 = 10 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. 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
10·I1 + 4(I1 − I2) = 30
14·I1 − 4·I2 = 30
2 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
10·I2 + 4(I2 − I1) = (−15)
−4·I1 + 14·I2 = −15
Çözün
Δ = (14)(14) − (−4)(−4) = 180
I1 = Δ1/Δ = 360/180 = 2 A
I2 = Δ2/Δ = −90/180 = −0,5 A
Cevap
IR3 = I1 − I2 = 2,5 A
VR3 = IR3·R3 = 2,5·4 = 10 V
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: I3 = −0,06796 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 + 6(I1 − I2) = 15
9·I1 − 6·I2 = 15
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
20·I2 + 6(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 41·I2 − 15·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
5·I3 + 15(I3 − I2) = (−5)
−15·I2 + 20·I3 = −5
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 4635
I1 = Δ1/Δ = 8475/4635 = 1,828 A
I2 = Δ2/Δ = 1125/4635 = 0,2427 A
I3 = Δ3/Δ = −315/4635 = −0,06796 A
Cevap
I3 = −0,06796 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: I = 4,2 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.
Yanıtı katkıların toplamı olarak yazın
Her katkı kendi kaynağıyla orantılıdır; sabit yalnızca dirençlere bağlıdır.
I = k₁·Vs + k₂·Is
15·k₁ + 10·k₂ = 6
8·k₁ + 2·k₂ = 2,2
Sabitleri çözün
Δ = (15)(2) − (10)(8) = −50
k₁ = Δ1/Δ = −10/−50 = 0,2
k₂ = Δ2/Δ = −15/−50 = 0,3
k₁ = 0,2 mA/V, k₂ = 0,3
Yeni akımı hesaplayın
I = 0,2·15 + 0,3·4 = 4,2 mA
Cevap
I = 4,2 mA
8.Süperpozisyon
Cevap: IR3 = 1,738 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
V₂ kısa devre, Iₛ açık devre olur. A’dan bakıldığında R₃, seri R₂+R₄ çifti ile paraleldir.
R3 ∥ (R2+R4) = 4 ∥ 40 = 3,636 Ω
VA = 15·3,636/(15+3,636) = 2,927 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 2,927·10/40 = 0,7317 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (2,927 − 0)/4 = 0,7317 A
Durum 2 · yalnızca Is
İki gerilim kaynağı da kısa devre olur. Iₛ, B’de R₄ (artık toprağa) ile R₁ ∥ R₃’e seri bağlı R₂ arasında bölünür.
R1 ∥ R3 = 3,158 Ω, dolayısıyla sol yol R2+3,158 = 33,16 Ω
Req = R4 ∥ 33,16 = 7,683 Ω
VB = Is·Req = 2,5·7,683 = 19,21 V
VA = VB·3,158/33,16 = 1,829 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (1,829 − 0)/4 = 0,4573 A
Durum 3 · yalnızca V2
V₁ kısa devre, Iₛ açık devre olur. R₁ ∥ R₃ A’dan başlar ve R₂ ile seri olarak B’ye döner.
R1 ∥ R3 = 15·4/(15+4) = 3,158 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 30·33,16/43,16 = 23,05 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 23,05·3,158/33,16 = 2,195 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (2,195 − 0)/4 = 0,5488 A
Katkıları toplayın
IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 0,7317 + 0,4573 + 0,5488 = 1,738 A
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Rth = 16,67 Ω
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 = 12·15/(12+15) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 10 = 16,67 Ω
10.Thévenin ve Norton
Cevap: IN = 0,9 A
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 + 5 = 10,71 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) = 4,286 + 0,5·5,714 = 7,143 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 7,143 + 0,5·5 = 9,643 V
Norton eşdeğeri
Norton kaynağı, aynı devrenin R_th ile paralel bir akım kaynağı olarak görünümüdür. Akımı, a–b’deki kısa devre akımıdır.
IN = Vth/Rth = 9,643/10,71 = 0,9 A
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vin,max = 3,837 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.
Kazanç
Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 100/47 = 3,128
Kırpılmadan önceki en büyük giriş
Vin,max = Vsat/|Av| = 12/3,128 = 3,837 V
Cevap
Vin,max = 3,837 V
12.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = −5,905 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.
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.
Zaman sabiti ve son akım
Anahtar kapandıktan uzun süre sonra bobin kısa devre gibi davranır; bu yüzden son akımı yalnızca R belirler.
τ = L/R = 33 mH / 22 Ω = 1,5 ms
i(∞) = Vs/R = 12/22 = 0,5455 A
Bobin gerilimi
t = 0’da besleme geriliminin tamamı bobin üzerindedir; sonra sıfıra söner.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 12·e−2/1,5 = 3,163 V
Cevap
vL = 3,163 V
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: R = 43,43 kΩ
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.