Düğüm analizi kullanarak VB düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.
V1 = 6 VIs = 3 AR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 6 Ω
VB = V
4.Düğüm analiziZor
Akım kaynağı, A’daki düğüm gerilimi VA = 14,5 V olana kadar ayarlanıyor. Düğüm analizi kullanarak kaynak akımı Is değerini (yönü şekildeki gibi) bulun.
R3 üzerinden geçen IR3 akımını sıfır yapan akım kaynağı Is değerini (yönü şekildeki gibi) bulun.
V1 = 24 VR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩR4 = 20 Ω
Is = A
8.SüperpozisyonZor
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 = 19 mA. V1 iki katına çıkarılıp diğer ikisi değişmediğinde I = 28 mA. Is kaynağının yönü ters çevrilip diğer ikisi değişmediğinde I = 21 mA. V2 kapatıldığında ve V1 ile Is normal değerlerindeyken yük akımı I değerini bulun.
normal: I = 19 mA2·V1: I = 28 mA−Is: I = 21 mA
I = mA
9.Thévenin ve NortonOrta
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
10.Thévenin ve NortonZor
a–b arasına RL = 30 Ω yük bağlanmıştır. Thévenin eşdeğerini kullanarak yüke aktarılan PL gücünü bulun.
Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir; çıkışı ±13 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 = ±13 V
Vin,max = V
12.Op-amp devreleriZor
İntegral alıcı, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır; çıkışı ±14 V’ta doyuma ulaşır. t = 0’da sabit bir Vin = −0,6 V girişi uygulandığında kondansatör yüksüzdür. t = 50 ms anında çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 1 ms anında i akımını bulun.
Vs = 24 VR = 50 ΩL = 47 mHt = 1 ms
i = A
14.RC ve RL geçici rejimZor
Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 10 V vardır. vC değerinin 11,6 V’a ulaşması ne kadar sürer? t değerini bulun.
Vs = 12 VR = 3,3 kΩC = 10 µFvC(0) = 10 V
t = ms
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 10,4 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 = 8 + 4 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 3·12/(3+12) = 2,4 Ω
Req = R1 + 2,4 = 8 + 2,4 = 10,4 Ω
Cevap
Req = 10,4 Ω
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 1,879 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 = 25 + 8 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 10,31 Ω
R3 + 10,31 = 20,31 Ω
R2 ∥ 20,31 = 3,342 Ω
Req = R1 + 3,342 = 10 + 3,342 = 13,34 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 30/13,34 = 2,249 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 2,249·10 = 7,514 V
IR2 = VA/R2 = 7,514/4 = 1,879 A
Cevap
IR2 = 1,879 A
3.Düğüm analizi
Cevap: VB = 9 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/4 + (VA − 6)/2 + (VA − VB)/2 = 0
1,25·VA − 0,5·VB = 3
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/6 + (VB − VA)/2 = 3
−0,5·VA + 0,6667·VB = 3
Çözün
Δ = (1,25)(0,6667) − (−0,5)(−0,5) = 0,5833
VA = Δ1/Δ = 3,5/0,5833 = 6 V
VB = Δ2/Δ = 5,25/0,5833 = 9 V
Cevap
VB = 9 V
4.Düğüm analizi
Cevap: Is = 6,658 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.
A düğümünde KAY
VA bilindiği için bu denklem VB’yi verir.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(14,5 − 24)/4 + 14,5/2 = (VB − 14,5)/8
4,875 = (VB − 14,5)/8 → VB = 53,5 V
B düğümünde KAY
Dirençler üzerinden B’den çıkan akımlar, kaynakların B’ye ittiği akıma eşittir.
Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (53,5 − 14,5)/8 + 53,5/30 = 6,658 A
Cevap
Is = 6,658 A
5.Çevre analizi
Cevap: IR3 = 2,716 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
10·I1 + 5(I1 − I2) = 6
15·I1 − 5·I2 = 6
2 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
3·I2 + 5(I2 − I1) = (−24)
−5·I1 + 8·I2 = −24
Çözün
Δ = (15)(8) − (−5)(−5) = 95
I1 = Δ1/Δ = −72/95 = −0,7579 A
I2 = Δ2/Δ = −330/95 = −3,474 A
Cevap
IR3 = I1 − I2 = 2,716 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: IR4 = 0,486 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
10·I1 + 8(I1 − I2) = 9
18·I1 − 8·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
12·I2 + 8(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−8·I1 + 50·I2 − 30·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
15·I3 + 30(I3 − I2) = (−5)
−30·I2 + 45·I3 = −5
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 21420
I1 = Δ1/Δ = 10950/21420 = 0,5112 A
I2 = Δ2/Δ = 540/21420 = 0,02521 A
I3 = Δ3/Δ = −2020/21420 = −0,0943 A
Cevap
IR4 = I1 − I2 = 0,486 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: Is = 1 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 · tek başına V1
Iₛ açık devre olur, bu yüzden R₃ ve R₄ A’dan toprağa tek bir seri kol oluşturur; bu kol R₂ ile paraleldir.
V₁ kısa devre olur, bu yüzden R₁ ∥ R₂ A ile toprak arasında kalır. Iₛ, B’de R₄ ile R₃ + R₁∥R₂ yolu arasında bölünür; R₃’ten geçen kısım oka ters yönde, B’den A’ya akar.
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 = 19
2·I₁ + I₂ + I₃ = 28
I₁ + I₂ − I₃ = 21
Katkıları çözün
I₁ = 28 − 19 = 9 mA
I₃ = (19 − 21)/2 = −1 mA
I₂ = 19 − 9 − (−1) = 11 mA
V₂’yi kapatın
I = I₁ + I₃ = 9 + (−1) = 8 mA
Cevap
I = 8 mA
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 11,25 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 = 6·10/(6+10) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 10 = 13,75 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) = 18·10/(6+10) = 11,25 V
10.Thévenin ve Norton
Cevap: PL = 59,23 W
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 = 3·12/(3+12) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 15 = 17,4 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) = 14,4 + 3·2,4 = 21,6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 21,6 + 3·15 = 66,6 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) = 66,6/(17,4 + 30) = 1,405 A
PL = IL²·RL = 1,405²·30 = 59,23 W
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vin,max = 4,156 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| = 13/3,128 = 4,156 V
Cevap
Vin,max = 4,156 V
12.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = 3 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 akımı ve değişim hızı
kΩ çarpı µF milisaniye verir.
RC = 100 kΩ · 0,1 µF = 10 ms
değişim hızı = −Vin/(RC) = −(−0,6)/10 = 0,06 V/ms
Verilen andaki çıkış
İdeal değer ±Vsat içindedir, bu yüzden integral alıcı henüz kırpılmamıştır.
Vout = −Vin·t/(RC) = −(−0,6)·50/10 = 3 V
Cevap
Vout = 3 V
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: i = 0,3143 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.