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 = 5 AVs = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 2 Ω
Ix = A
4.Düğüm analiziZor
A ile B arasındaki Vₛ gerilim kaynağının + ucu B’dedir, bu yüzden VB − VA = Vₛ yapar. Süper düğümlü düğüm analizi kullanarak VA düğüm gerilimini (topraktan ölçülen) bulun.
V1 = 9 VIs = 1 AVs = 6 VR1 = 25 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 Ω
VA = V
5.Çevre analiziOrta
Çevre analizi kullanarak gösterilen polaritede R1 üzerindeki VR1 gerilimini bulun.
V1 = 15 VV2 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 Ω
VR1 = V
6.Çevre analiziZor
Çevre analizi kullanarak ok yönünde R4 üzerinden geçen IR4 akımını bulun.
a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.
V1 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin ve NortonZor
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 30 Ω
Vth = V
11.Op-amp devreleriOrta
Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir. Çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Vin = 5 VRa = 22 kΩRb = 1 kΩR1 = 47 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
12.Op-amp devreleriZor
İntegral alıcı, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır; çıkışı ±13 V’ta doyuma ulaşır. t = 0’da sabit bir Vin = −2,1 V girişi uygulandığında kondansatör yüksüzdür. t = 0’dan ne kadar sonra çıkış doyuma ulaşır? t değerini bulun.
Vin = −2,1 VR = 100 kΩC = 0,22 µFVsat = ±13 V
t = ms
13.RC ve RL geçici rejimOrta
Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 5 ms anında i akımını bulun.
Vs = 15 VR = 68 ΩL = 220 mHt = 5 ms
i = A
14.RC ve RL geçici rejimZor
Bir zamanlayıcı, t = 0’da 9 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 5,4 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 100 ms sonra tetiklemelidir. C = 4,7 µF ile gereken direnç R değerini bulun.
Vs = 9 VVth = 5,4 VT = 100 msC = 4,7 µF
R = kΩ
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 0,5693 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 = 20 + 6 = 26 Ω
R2 ∥ 26 = 10·26/(10+26) = 7,222 Ω
Req = R1 + 7,222 = 8 + 7,222 = 15,22 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 12/15,22 = 0,7883 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 0,7883·8 = 5,693 V
IR2 = VA/R2 = 5,693/10 = 0,5693 A
Cevap
IR2 = 0,5693 A
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR1 = 0,1268 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 = 20 + 20 = 40 Ω
R4 ∥ 40 = 13,33 Ω
R3 + 13,33 = 25,33 Ω
R2 ∥ 25,33 = 9,421 Ω
Req = R1 + 9,421 = 30 + 9,421 = 39,42 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 5/39,42 = 0,1268 A
Cevap
IR1 = 0,1268 A
3.Düğüm analizi
Cevap: Ix = 4,917 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 + 9
VA/R1 + VB/R2 = Is
Çözün
VA/10 + (VA + 9)/2 = 5
VA = (5 − 9/2)/(1/10 + 1/2) = 0,8333 V
VB = 0,8333 + 9 = 9,833 V
Gerilim kaynağından geçen akım
Kaynaktan A’dan B’ye geçen her şey B düğümünden R₂ üzerinden çıkar.
Ix = VB/R2 = 9,833/2 = 4,917 A
Cevap
Ix = 4,917 A
Negatif sonuç, gerçek akımın oka ters yönde aktığı anlamına gelir.
4.Düğüm analizi
Cevap: VA = −1,577 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 + 6
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is
Çözün
(VA − 9)/25 + VA/2 + (VA + 6)/2 = 1
VA·(1/25 + 1/2 + 1/2) = 1 + 9/25 − 6/2 = −1,64
VA = −1,64/1,04 = −1,577 V
VB = 4,423 V
Cevap
VA = −1,577 V
5.Çevre analizi
Cevap: VR1 = 5,833 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
6·I1 + 10(I1 − I2) = 15
16·I1 − 10·I2 = 15
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 + 10(I2 − I1) = (−9)
−10·I1 + 13·I2 = −9
Çözün
Δ = (16)(13) − (−10)(−10) = 108
I1 = Δ1/Δ = 105/108 = 0,9722 A
I2 = Δ2/Δ = 6/108 = 0,05556 A
Cevap
IR1 = I1 = 0,9722 A
VR1 = IR1·R1 = 0,9722·6 = 5,833 V
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: IR4 = 0,4044 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
20·I1 + 15(I1 − I2) = 24
35·I1 − 15·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
4·I2 + 15(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 24·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
15·I3 + 5(I3 − I2) = (−9)
−5·I2 + 20·I3 = −9
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 11425
I1 = Δ1/Δ = 10245/11425 = 0,8967 A
I2 = Δ2/Δ = 5625/11425 = 0,4923 A
I3 = Δ3/Δ = −3735/11425 = −0,3269 A
Cevap
IR4 = I1 − I2 = 0,4044 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: IR3 = −1,28 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 = 15+20 = 35 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 5·35/(5+35) = 4,375 Ω
VA = 24·4,375/(5+4,375) = 11,2 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 11,2·20/35 = 6,4 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (11,2 − 6,4)/15 = 0,32 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 = 5·5/(5+5) = 2,5 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 20 ∥ 17,5 = 9,333 Ω
VB = Is·Req = 3·9,333 = 28 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 28·2,5/17,5 = 4 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (4 − 28)/15 = −1,6 A
Katkıları toplayın
IR3 = IR3′ + IR3″
IR3 = 0,32 + (−1,6) = −1,28 A
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
8.Süperpozisyon
Cevap: IR3 = 0,06944 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) = 30 ∥ 12 = 8,571 Ω
VA = 15·8,571/(12+8,571) = 6,25 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 6,25·2/12 = 1,042 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (6,25 − 0)/30 = 0,2083 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 = 8,571 Ω, dolayısıyla sol yol R2+8,571 = 18,57 Ω
Req = R4 ∥ 18,57 = 1,806 Ω
VB = Is·Req = 1·1,806 = 1,806 V
VA = VB·8,571/18,57 = 0,8333 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (0,8333 − 0)/30 = 0,02778 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 = 12·30/(12+30) = 8,571 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−12)·18,57/20,57 = −10,83 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −10,83·8,571/18,57 = −5 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (−5 − 0)/30 = −0,1667 A
Katkıları toplayın
IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 0,2083 + 0,02778 + (−0,1667) = 0,06944 A
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Rth = 5,429 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 = 2·5/(2+5) = 1,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,429 + 4 = 5,429 Ω
10.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 75,43 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 = 15·6/(15+6) = 4,286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,286 + 30 = 34,29 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) = 6,857 + 2·4,286 = 15,43 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15,43 + 2·30 = 75,43 V
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = 0,4348 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.
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 · 0,22 µF = 22 ms
değişim hızı = −Vin/(RC) = −(−2,1)/22 = 0,09545 V/ms
Doyuma kadar süre
|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 13·22/2,1 = 136,2 ms
Cevap
t = 136,2 ms
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: i = 0,1736 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.