Eşkenar dörtgen, B düğümüne yukarı doğru 0,2·VA akımını (A cinsinden, VA V cinsinden) iten gerilim kontrollü bir akım kaynağıdır. Düğüm analizi kullanarak VA 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 = 6 V ve Is = 3 mA iken I = 6,9 mA; Vs = 8 V ve Is = 8 mA iken I = 10,4 mA. Vs = 6 V ve Is = 6 mA iken yük akımı I değerini bulun.
6 V, 3 mA → 6,9 mA8 V, 8 mA → 10,4 mAVs = 6 V, Is = 6 mA
I = mA
8.SüperpozisyonZor
Süperpozisyon kullanarak ok yönünde R4 üzerinden geçen IR4 akımını bulun.
Bobin 2,5 A’lik sabit bir akım taşıyor. t = 0’da anahtar devreyi R üzerinden kapatır ve kaynak çıkarılır, böylece bobin akımı R üzerinden azalır. t = 10 ms anında R üzerindeki gerilim vR değerini bulun.
i(0) = 2,5 AR = 22 ΩL = 150 mHt = 10 ms
vR = V
14.RC ve RL geçici rejimZor
R2 üzerindeki anahtar uzun süredir kapalıdır, bu yüzden bobin akımı sabittir. t = 0’da anahtar açılır. t = 1 ms anında bobin akımı i değerini bulun.
Vs = 24 VR1 = 22 ΩR2 = 47 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 8,238 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 = 15 + 2 = 17 Ω
R2 ∥ 17 = 4·17/(4+17) = 3,238 Ω
Req = R1 + 3,238 = 5 + 3,238 = 8,238 Ω
Cevap
Req = 8,238 Ω
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 31,89 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 = 15 + 25 = 40 Ω
R4 ∥ 40 = 17,14 Ω
R3 + 17,14 = 22,14 Ω
R2 ∥ 22,14 = 6,889 Ω
Req = R1 + 6,889 = 25 + 6,889 = 31,89 Ω
Cevap
Req = 31,89 Ω
3.Düğüm analizi
Cevap: VB = 21,36 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/15 + (VA − 6)/15 + (VA − VB)/2 = 0
0,6333·VA − 0,5·VB = 0,4
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/20 + (VB − VA)/2 = 3
−0,5·VA + 0,55·VB = 3
Çözün
Δ = (0,6333)(0,55) − (−0,5)(−0,5) = 0,09833
VA = Δ1/Δ = 1,72/0,09833 = 17,49 V
VB = Δ2/Δ = 2,1/0,09833 = 21,36 V
Cevap
VB = 21,36 V
4.Düğüm analizi
Cevap: VA = 18,95 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
0,2·VA − 0,08333·VB = 2
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 = 0,2·VA
−0,2833·VA + 0,25·VB = 0
Çözün
Δ = (0,2)(0,25) − (−0,08333)(−0,2833) = 0,02639
VA = Δ1/Δ = 0,5/0,02639 = 18,95 V
VB = Δ2/Δ = 0,5667/0,02639 = 21,47 V
Cevap
VA = 18,95 V
5.Çevre analizi
Cevap: I2 = −0,7917 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
15·I1 + 20(I1 − I2) = 24
35·I1 − 20·I2 = 24
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 + 20(I2 − I1) = (−30)
−20·I1 + 32·I2 = −30
Çözün
Δ = (35)(32) − (−20)(−20) = 720
I1 = Δ1/Δ = 168/720 = 0,2333 A
I2 = Δ2/Δ = −570/720 = −0,7917 A
Cevap
I2 = −0,7917 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: I3 = −0,2853 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
25·I1 + 3(I1 − I2) = 24
28·I1 − 3·I2 = 24
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
5·I2 + 3(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 28·I2 − 20·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
30·I3 + 20(I3 − I2) = (−12)
−20·I2 + 50·I3 = −12
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 27550
I1 = Δ1/Δ = 23280/27550 = 0,845 A
I2 = Δ2/Δ = −3120/27550 = −0,1132 A
I3 = Δ3/Δ = −7860/27550 = −0,2853 A
Cevap
I3 = −0,2853 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: I = 7,8 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
6·k₁ + 3·k₂ = 6,9
8·k₁ + 8·k₂ = 10,4
Sabitleri çözün
Δ = (6)(8) − (3)(8) = 24
k₁ = Δ1/Δ = 24/24 = 1
k₂ = Δ2/Δ = 7,2/24 = 0,3
k₁ = 1 mA/V, k₂ = 0,3
Yeni akımı hesaplayın
I = 1·6 + 0,3·6 = 7,8 mA
Cevap
I = 7,8 mA
8.Süperpozisyon
Cevap: IR4 = 2,208 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) = 5 ∥ 17 = 3,864 Ω
VA = 6·3,864/(4+3,864) = 2,948 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 2,948·15/17 = 2,601 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (2,601 − 0)/15 = 0,1734 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 = 2,222 Ω, dolayısıyla sol yol R2+2,222 = 4,222 Ω
Req = R4 ∥ 4,222 = 3,295 Ω
VB = Is·Req = 5·3,295 = 16,47 V
VA = VB·2,222/4,222 = 8,671 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (16,47 − 0)/15 = 1,098 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 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−18)·4,222/19,22 = −3,954 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −3,954·2,222/4,222 = −2,081 V
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Rth = 7,5 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 = 3·3/(3+3) = 1,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,5 + 6 = 7,5 Ω
10.Thévenin ve Norton
Cevap: IL = 0,8396 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 = 5·15/(5+15) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 6 = 9,75 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) = 9 + 2,5·3,75 = 18,38 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 18,38 + 2,5·6 = 33,38 V
Yükü Thévenin eşdeğerine bağlayın
Thévenin kaynağı ve seri R_th, a–b’de özgün devreyle tamamen aynı davranır; bu yüzden yük basit bir seri çevre görür.
IL = Vth/(Rth + RL) = 33,38/(9,75 + 30) = 0,8396 A
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = 1,8 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.
Eviren giriş girişi izler
V₋ = V₊ = 0,9 V
I = V₋/R1 = 0,9/100 = 0,009 mA
Çıkış gerilimi
R₁’deki akım Rf’den de geçer.
Vout = V₋ + I·Rf = 0,9 + 0,009·100 = 1,8 V
Cevap
Vout = 1,8 V
12.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = 1,62 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.
Giriş akımları
V₋ = 0, bu yüzden her giriş direncinin üzerinde kendi giriş geriliminin tamamı vardır.
I1 = V1/R1 = −0,6/10 = −0,06 mA
I2 = V2/R2 = −1,5/2 = −0,75 mA
If = I1 + I2 = −0,81 mA
Çıkış gerilimi
Vout = −Rf·If = −2·(−0,81) = 1,62 V
Cevap
Vout = 1,62 V
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: vR = 12,69 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.
Zaman sabiti
τ = L/R = 150 mH / 22 Ω = 6,818 ms
Akımın azalması
i(t) = 2,5·e−10/6,818 = 0,5767 A
vR = R·i = 22·0,5767 = 12,69 V
Cevap
vR = 12,69 V
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: i = 0,4397 A
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 kapalı anahtar R₂’yi devre dışı bırakır; sonra R₁ ve R₂ ikisi de devrededir.