A ile B arasındaki Vₛ gerilim kaynağının + ucu B’dedir, bu yüzden VB − VA = Vₛ yapar. Süper düğümlü düğüm analizi kullanarak gerilim kaynağından, okla gösterildiği gibi A’dan B’ye geçen Ix akımını bulun.
Is = 2 AVs = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 6 Ω
Ix = A
4.Düğüm analiziZor
Eşkenar dörtgen, B düğümüne yukarı doğru 0,4·VA akımını (A cinsinden, VA V cinsinden) iten gerilim kontrollü bir akım kaynağıdır. Düğüm analizi kullanarak ok yönünde R4 üzerinden geçen IR4 akımını bulun.
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 = 16 mA. V1 iki katına çıkarılıp diğer ikisi değişmediğinde I = 21,5 mA. Is kaynağının yönü ters çevrilip diğer ikisi değişmediğinde I = −6 mA. V2 kapatıldığında ve V1 ile Is normal değerlerindeyken yük akımı I değerini bulun.
normal: I = 16 mA2·V1: I = 21,5 mA−Is: I = −6 mA
I = mA
9.Thévenin ve NortonOrta
a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.
V1 = 12 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin ve NortonZor
a–b arasına RL = 5 Ω yük bağlanmıştır. Devrenin geri kalanını Thévenin eşdeğeriyle değiştirin ve yük akımı IL değerini bulun.
V1 = 30 VIs = 5 AR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩRL = 5 Ω
IL = A
11.Op-amp devreleriOrta
Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir. Çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Vin = −1 VR1 = 22 kΩRf = 22 kΩ
Vout = 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 = −2,5 V girişi uygulandığında kondansatör yüksüzdür. t = 0’dan ne kadar sonra çıkış doyuma ulaşır? t değerini bulun.
Vin = −2,5 VR = 100 kΩC = 4,7 µFVsat = ±14 V
t = ms
13.RC ve RL geçici rejimOrta
Bobin 2 A’lik sabit bir akım taşıyor. t = 0’da anahtar devreyi R üzerinden kapatır ve kaynak çıkarılır, böylece bobin akımı R üzerinden azalır. Akımın 1 A’e düşmesi ne kadar sürer? t değerini bulun.
i(0) = 2 AR = 100 ΩL = 33 mH
t = ms
14.RC ve RL geçici rejimZor
Anahtar uzun süredir kapalıdır, bu yüzden devre kararlı hâldedir. t = 0’da anahtar açılır. t = 200 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 12 VR1 = 10 kΩR2 = 2,2 kΩC = 100 µFt = 200 ms
vC = V
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 27 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 = 20 + 10 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 20·30/(20+30) = 12 Ω
Req = R1 + 12 = 15 + 12 = 27 Ω
Cevap
Req = 27 Ω
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 1,636 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 + 5 = 30 Ω
R4 ∥ 30 = 5 Ω
R3 + 5 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 6 Ω
Req = R1 + 6 = 5 + 6 = 11 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 30/11 = 2,727 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 2,727·5 = 16,36 V
IR2 = VA/R2 = 16,36/10 = 1,636 A
Cevap
IR2 = 1,636 A
3.Düğüm analizi
Cevap: Ix = 1,8 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.
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 + 10
VA/R1 + VB/R2 = Is
Çözün
VA/4 + (VA + 10)/6 = 2
VA = (2 − 10/6)/(1/4 + 1/6) = 0,8 V
VB = 0,8 + 10 = 10,8 V
Gerilim kaynağından geçen akım
Kaynaktan A’dan B’ye geçen her şey B düğümünden R₂ üzerinden çıkar.
Ix = VB/R2 = 10,8/6 = 1,8 A
Cevap
Ix = 1,8 A
Negatif sonuç, gerçek akımın oka ters yönde aktığı anlamına gelir.
4.Düğüm analizi
Cevap: IR4 = 2,017 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
Dirençler üzerinden A’dan çıkan akımlar, kaynakların A’ya ittiği akıma eşittir.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,7333·VA − 0,03333·VB = 3,6
B düğümünde KAY
Bağımlı kaynak B düğümüne g·VA iter. Onu bağımsız bir kaynak gibi ele alın, sonra VA terimini sol tarafa taşıyın.
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 + 2(I1 − I2) = 6
4·I1 − 2·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
10·I2 + 2(I2 − I1) = (−30)
−2·I1 + 12·I2 = −30
Çözün
Δ = (4)(12) − (−2)(−2) = 44
I1 = Δ1/Δ = 12/44 = 0,2727 A
I2 = Δ2/Δ = −108/44 = −2,455 A
Cevap
I2 = −2,455 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: I2 = 0,4906 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 + 8(I1 − I2) = 36
16·I1 − 8·I2 = 36
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 + 8(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−8·I1 + 33·I2 − 5·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 + 5(I3 − I2) = (−10)
−5·I2 + 10·I3 = −10
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 4240
I1 = Δ1/Δ = 10580/4240 = 2,495 A
I2 = Δ2/Δ = 2080/4240 = 0,4906 A
I3 = Δ3/Δ = −3200/4240 = −0,7547 A
Cevap
I2 = 0,4906 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: IR1 = −1,159 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 = 10+6 = 16 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 10·16/(10+16) = 6,154 Ω
VA = 6·6,154/(5+6,154) = 3,31 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3,31·6/16 = 1,241 V
IR1′ = (VA − V1)/R1 = (3,31 − 6)/5 = −0,5379 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 = 5·10/(5+10) = 3,333 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 13,33 = 4,138 Ω
VB = Is·Req = (−3)·4,138 = −12,41 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −12,41·3,333/13,33 = −3,103 V
IR1″ = (VA − V1)/R1 = (−3,103 − 0)/5 = −0,6207 A
Katkıları toplayın
IR1 = IR1′ + IR1″
IR1 = (−0,5379) + (−0,6207) = −1,159 A
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
8.Süperpozisyon
Cevap: I = 16,5 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 = 16
2·I₁ + I₂ + I₃ = 21,5
I₁ + I₂ − I₃ = −6
Katkıları çözün
I₁ = 21,5 − 16 = 5,5 mA
I₃ = (16 − (−6))/2 = 11 mA
I₂ = 16 − 5,5 − 11 = −0,5 mA
V₂’yi kapatın
I = I₁ + I₃ = 5,5 + 11 = 16,5 mA
Cevap
I = 16,5 mA
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Rth = 23,43 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 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,429 + 20 = 23,43 Ω
10.Thévenin ve Norton
Cevap: IL = 3,947 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 = 3·3/(3+3) = 1,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,5 + 3 = 4,5 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) = 15 + 5·1,5 = 22,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22,5 + 5·3 = 37,5 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) = 37,5/(4,5 + 5) = 3,947 A
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = −2 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₊ = −1 V
I = V₋/R1 = −1/22 = −0,04545 mA
Çıkış gerilimi
R₁’deki akım Rf’den de geçer.
Vout = V₋ + I·Rf = −1 + (−0,04545)·22 = −2 V
Cevap
Vout = −2 V
12.Op-amp devreleri
Cevap: t = 2632 ms
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 · 4,7 µF = 470 ms
değişim hızı = −Vin/(RC) = −(−2,5)/470 = 0,005319 V/ms
Doyuma kadar süre
|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 14·470/2,5 = 2632 ms
Cevap
t = 2632 ms
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: t = 0,2287 ms
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 = 33 mH / 100 Ω = 0,33 ms
Zaman için çözün
1 = 2·e−t/τ → t = τ·ln(2/1)
t = 0,33·ln(2) = 0,2287 ms
Cevap
t = 0,2287 ms
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: vC = 0,8718 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.
Başlangıçtaki kondansatör gerilimi
Kararlı hâlde kondansatör açık devredir, bu yüzden R₁ ve R₂ bir gerilim bölücü oluşturur. Anahtar açıldığında kondansatör gerilimi sıçrayamaz.