İki ideal op-amp kademesi kaskat bağlanmıştır: bir eviren yükselteç (R1, Rf1) ve ardından bir evirmeyen yükselteç (toprağa R2, geri beslemede Rf2). İkisi de ±15 V ile beslenir. Toplam gerilim kazancı Av = Vout/Vin değerini bulun.
R1 = 22 kΩRf1 = 47 kΩR2 = 10 kΩRf2 = 22 kΩ
Av =
13.RC ve RL geçici rejimOrta
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 = 40 ms anında i akımını bulun.
i(0) = 2,5 AR = 10 ΩL = 150 mHt = 40 ms
i = A
14.RC ve RL geçici rejimZor
Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 20 V vardır. t = 400 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 5 VR = 10 kΩC = 22 µFvC(0) = 20 Vt = 400 ms
vC = V
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 24,14 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 = 12 + 12 = 24 Ω
R2 ∥ 24 = 5·24/(5+24) = 4,138 Ω
Req = R1 + 4,138 = 20 + 4,138 = 24,14 Ω
Cevap
Req = 24,14 Ω
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 10,07 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 = 20 + 6 = 26 Ω
R4 ∥ 26 = 2,69 Ω
R3 + 2,69 = 12,69 Ω
R2 ∥ 12,69 = 4,074 Ω
Req = R1 + 4,074 = 6 + 4,074 = 10,07 Ω
Cevap
Req = 10,07 Ω
3.Düğüm analizi
Cevap: PIs = 39,6 W
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
A düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların A düğümüne verdiği akıma eşittir.
VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/8 + (VA − 10)/10 + (VA − VB)/8 = 0
0,35·VA − 0,125·VB = 1
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/10 + (VB − VA)/8 = 2,5
−0,125·VA + 0,225·VB = 2,5
Çözün
Δ = (0,35)(0,225) − (−0,125)(−0,125) = 0,06313
VA = Δ1/Δ = 0,5375/0,06313 = 8,515 V
VB = Δ2/Δ = 1/0,06313 = 15,84 V
Akım kaynağının verdiği güç
Kaynak Iₛ’yi topraktan (0 V) VB’e, yukarı doğru B düğümüne iter. Akımı + ucundan çıkan bir kaynak P = V·I güç verir.
PIs = VB·Is = 15,84·2,5 = 39,6 W
Cevap
PIs = 39,6 W
4.Düğüm analizi
Cevap: VB = 25,98 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 = 18 V, V2 = −10 V). Bilinmeyenler: VA, VB.
A düğümünde KAY
A düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların A düğümüne verdiği akıma eşittir.
VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/5 + (VA − 18)/6 + (VA − VB)/5 = 0
0,5667·VA − 0,2·VB = 3
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/20 + (VB − VA)/5 + (VB − (−10))/15 = 6
−0,2·VA + 0,3167·VB = 5,333
Çözün
Δ = (0,5667)(0,3167) − (−0,2)(−0,2) = 0,1394
VA = Δ1/Δ = 2,017/0,1394 = 14,46 V
VB = Δ2/Δ = 3,622/0,1394 = 25,98 V
Cevap
VB = 25,98 V
5.Çevre analizi
Cevap: I2 = −1,222 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) = 6
10·I1 − 4·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 + 4(I2 − I1) = (−9)
−4·I1 + 7·I2 = −9
Çözün
Δ = (10)(7) − (−4)(−4) = 54
I1 = Δ1/Δ = 6/54 = 0,1111 A
I2 = Δ2/Δ = −66/54 = −1,222 A
Cevap
I2 = −1,222 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: IR4 = 1,197 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
5·I1 + 20(I1 − I2) = 36
25·I1 − 20·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
12·I2 + 20(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−20·I1 + 44·I2 − 12·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
10·I3 + 12(I3 − I2) = (−5)
−12·I2 + 22·I3 = −5
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 11800
I1 = Δ1/Δ = 28464/11800 = 2,412 A
I2 = Δ2/Δ = 14340/11800 = 1,215 A
I3 = Δ3/Δ = 5140/11800 = 0,4356 A
Cevap
IR4 = I1 − I2 = 1,197 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: Is = 1,5 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.
Durum 1 · tek başına V1
V₂ kısa devre, Iₛ açık devre olur. A’dan bakıldığında R₃, seri R₂+R₄ çifti ile paraleldir.
R3 ∥ (R2+R4) = 20 ∥ 22 = 10,48 Ω
VA = 6·10,48/(25+10,48) = 1,772 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1,772·12/22 = 0,9664 V
Durum 2 · tek başına Is
İki gerilim kaynağı da kısa devre olur. Iₛ, B’de R₄ (artık toprağa) ile R₁ ∥ R₃’e seri bağlı R₂ arasında bölünür. Iₛ’nin oku aşağı, düğümünden uzağa doğru gösterir, bu yüzden Iₛ o düğümden akım çeker: terimi eksi işaretle girer.
R1 ∥ R3 = 11,11 Ω, dolayısıyla sol yol R2+11,11 = 21,11 Ω
Req = R4 ∥ 21,11 = 7,651 Ω
VB = −Is·Req = −2·7,651 = −15,3 V
VA = VB·11,11/21,11 = −8,054 V
Durum 3 · tek başına V2, volt başına
V₁ kısa devre, Iₛ açık devre olur. R₁ ∥ R₃ A’dan başlar ve R₂ ile seri olarak B’ye döner.
R1 ∥ R3 = 11,11 Ω
VA‴ = V2·11,11/(12 + 10 + 11,11) = 0,3356·V2
VA’yı sıfıra eşitleyin
VA = 0 iken R₃ üzerinde gerilim yoktur, bu yüzden akımı sıfırdır.
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 = 3·5/(3+5) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 2 = 3,875 Ω
10.Thévenin ve Norton
Cevap: IN = 3,862 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 = 12·15/(12+15) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 3 = 9,667 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) = 8,333 + 3·6,667 = 28,33 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 28,33 + 3·3 = 37,33 V
Norton eşdeğeri
Norton kaynağı, aynı devrenin R_th ile paralel bir akım kaynağı olarak görünümüdür. Akımı, a–b’deki kısa devre akımıdır.
IN = Vth/Rth = 37,33/9,667 = 3,862 A
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = −1,818 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.
Girişlerdeki gerilim
R₃ ve R₄ aynı akımı taşır, bu yüzden bir gerilim bölücü oluşturur; geri besleme V₋ = V₊ yapar.
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.
Her kademenin kazancı
A1 = −Rf1/R1 = −47/22 = −2,136
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 22/10 = 3,2
Toplam kazanç
Av = A1·A2 = −2,136·3,2 = −6,836
Cevap
Av = −6,836
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: i = 0,1737 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
τ = L/R = 150 mH / 10 Ω = 15 ms
Akımın azalması
i(t) = 2,5·e−40/15 = 0,1737 A
Cevap
i = 0,1737 A
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: vC = 7,435 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.
Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti
Kondansatör gerilimi sıçrayamaz; bu yüzden depolanan değerden başlar ve kaynak gerilimine yönelir.