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 = 5 AVs = 8 VR1 = 20 ΩR2 = 8 Ω
VB = V
4.Düğüm analiziZor
Eşkenar dörtgen, B düğümüne yukarı doğru 0,5·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 = 2 V ve Is = 10 mA iken I = 1,5 mA; Vs = 10 V ve Is = 4 mA iken I = 2,9 mA. Vs = 8 V ve Is = 3 mA iken yük akımı I değerini bulun.
2 V, 10 mA → 1,5 mA10 V, 4 mA → 2,9 mAVs = 8 V, Is = 3 mA
I = mA
8.SüperpozisyonZor
Süperpozisyon kullanarak ok yönünde R2 üzerinden geçen IR2 akımını bulun.
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
10.Thévenin ve NortonZor
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 30 VIs = 6 AR1 = 2 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
11.Op-amp devreleriOrta
Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir; çıkışı ±14 V’ta doyuma ulaşır. Evirmeyen yükselteç sinüs dalgasıyla sürülüyor. Çıkışın kırpılmadığı en büyük giriş genliği Vin,max (tepe değeri) değerini bulun.
R1 = 4,7 kΩRf = 10 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Op-amp devreleriZor
Toplayıcı yükselteç, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır. Çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 5 ms anında i akımını bulun.
Vs = 15 VR = 50 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
14.RC ve RL geçici rejimZor
Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 20 V vardır. t = 60 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 9 VR = 2,2 kΩC = 47 µFvC(0) = 20 Vt = 60 ms
vC = V
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 0,9474 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 + 3 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
Req = R1 + 3,429 = 2 + 3,429 = 5,429 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 9/5,429 = 1,658 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 1,658·2 = 5,684 V
IR2 = VA/R2 = 5,684/6 = 0,9474 A
Cevap
IR2 = 0,9474 A
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 31,73 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 + 30 = 36 Ω
R4 ∥ 36 = 10,59 Ω
R3 + 10,59 = 20,59 Ω
R2 ∥ 20,59 = 6,731 Ω
Req = R1 + 6,731 = 25 + 6,731 = 31,73 Ω
Cevap
Req = 31,73 Ω
3.Düğüm analizi
Cevap: VB = 30,86 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/20 + (VA + 8)/8 = 5
VA = (5 − 8/8)/(1/20 + 1/8) = 22,86 V
VB = 22,86 + 8 = 30,86 V
Cevap
VB = 30,86 V
4.Düğüm analizi
Cevap: VB = 12 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
1,5·VA − 0,5·VB = 4,5
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 = 0,5·VA
−VA + 0,5833·VB = 0
Çözün
Δ = (1,5)(0,5833) − (−0,5)(−1) = 0,375
VA = Δ1/Δ = 2,625/0,375 = 7 V
VB = Δ2/Δ = 4,5/0,375 = 12 V
Cevap
VB = 12 V
5.Çevre analizi
Cevap: I1 = 0,6667 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
6·I1 + 4(I1 − I2) = 12
10·I1 − 4·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
12·I2 + 4(I2 − I1) = (−24)
−4·I1 + 16·I2 = −24
Çözün
Δ = (10)(16) − (−4)(−4) = 144
I1 = Δ1/Δ = 96/144 = 0,6667 A
I2 = Δ2/Δ = −192/144 = −1,333 A
Cevap
I1 = 0,6667 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: IR2 = 0,07003 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
8·I1 + 10(I1 − I2) = 12
18·I1 − 10·I2 = 12
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 + 10(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 19·I2 − 6·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
25·I3 + 6(I3 − I2) = (−30)
−6·I2 + 31·I3 = −30
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 6854
I1 = Δ1/Δ = 4836/6854 = 0,7056 A
I2 = Δ2/Δ = 480/6854 = 0,07003 A
I3 = Δ3/Δ = −6540/6854 = −0,9542 A
Cevap
IR2 = I2 = 0,07003 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: I = 2,3 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
2·k₁ + 10·k₂ = 1,5
10·k₁ + 4·k₂ = 2,9
Sabitleri çözün
Δ = (2)(4) − (10)(10) = −92
k₁ = Δ1/Δ = −23/−92 = 0,25
k₂ = Δ2/Δ = −9,2/−92 = 0,1
k₁ = 0,25 mA/V, k₂ = 0,1
Yeni akımı hesaplayın
I = 0,25·8 + 0,1·3 = 2,3 mA
Cevap
I = 2,3 mA
8.Süperpozisyon
Cevap: IR2 = −0,5854 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.
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 1,412 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 = 15·2/(15+2) = 1,765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,765 + 6 = 7,765 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) = 12·2/(15+2) = 1,412 V
10.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 56,18 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 = 2·20/(2+20) = 1,818 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,818 + 3 = 4,818 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) = 27,27 + 6·1,818 = 38,18 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 38,18 + 6·3 = 56,18 V
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vin,max = 4,476 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 + 10/4,7 = 3,128
Kırpılmadan önceki en büyük giriş
Vin,max = Vsat/|Av| = 14/3,128 = 4,476 V
Cevap
Vin,max = 4,476 V
12.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = −0,558 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 = 0,7/47 = 0,01489 mA
I2 = V2/R2 = 0,9/22 = 0,04091 mA
If = I1 + I2 = 0,0558 mA
Çıkış gerilimi
Vout = −Rf·If = −10·0,0558 = −0,558 V
Cevap
Vout = −0,558 V
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: i = 0,2433 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.
Zaman sabiti ve son akım
Anahtar kapandıktan uzun süre sonra bobin kısa devre gibi davranır; bu yüzden son akımı yalnızca R belirler.
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.