Süperpozisyon kullanarak gösterilen polaritede R4 üzerindeki VR4 gerilimini bulun.
V1 = 9 VIs = 3 AR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
VR4 = V
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 = 8 mA. V1 iki katına çıkarılıp diğer ikisi değişmediğinde I = 13,5 mA. Is kaynağının yönü ters çevrilip diğer ikisi değişmediğinde I = −3 mA. V2 kapatıldığında ve V1 ile Is normal değerlerindeyken yük akımı I değerini bulun.
normal: I = 8 mA2·V1: I = 13,5 mA−Is: I = −3 mA
I = mA
9.Thévenin ve NortonOrta
a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.
V1 = 10 VR1 = 12 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin ve NortonZor
Norton akımı IN değerini bulun: uçlar kısa devre edilirse a’dan b’ye akan akım.
V1 = 12 VIs = 2,5 AR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 30 Ω
IN = A
11.Op-amp devreleriOrta
Fark yükselteci, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır; R3 = R1 ve R4 = R2. Çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Bobin 3 A’lik sabit bir akım taşıyor. t = 0’da anahtar devreyi R üzerinden kapatır ve kaynak çıkarılır, böylece bobin akımı R üzerinden azalır. t = 1 ms anında R üzerindeki gerilim vR değerini bulun.
i(0) = 3 AR = 47 ΩL = 68 mHt = 1 ms
vR = V
14.RC ve RL geçici rejimZor
R2 üzerindeki anahtar uzun süredir açıktır, bu yüzden bobin akımı sabittir. t = 0’da anahtar kapanır ve R2 direncini kısa devre eder. t = 0’dan ne kadar sonra bobin akımı 0,232 A’e ulaşır? t değerini bulun.
Vs = 10 VR1 = 33 ΩR2 = 47 ΩL = 22 mH
t = ms
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 26,86 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 = 10 + 6 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 12·16/(12+16) = 6,857 Ω
Req = R1 + 6,857 = 20 + 6,857 = 26,86 Ω
Cevap
Req = 26,86 Ω
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 0,1735 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 = 13,64 Ω
R3 + 13,64 = 18,64 Ω
R2 ∥ 18,64 = 8,311 Ω
Req = R1 + 8,311 = 30 + 8,311 = 38,31 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 12/38,31 = 0,3132 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 0,3132·30 = 2,603 V
IR2 = VA/R2 = 2,603/15 = 0,1735 A
Cevap
IR2 = 0,1735 A
3.Düğüm analizi
Cevap: VB = 12,98 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 = 12 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/3 + (VA − 12)/15 + (VA − VB)/10 = 0
0,5·VA − 0,1·VB = 0,8
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/8 + (VB − VA)/10 = 2,5
−0,1·VA + 0,225·VB = 2,5
Çözün
Δ = (0,5)(0,225) − (−0,1)(−0,1) = 0,1025
VA = Δ1/Δ = 0,43/0,1025 = 4,195 V
VB = Δ2/Δ = 1,33/0,1025 = 12,98 V
Cevap
VB = 12,98 V
4.Düğüm analizi
Cevap: VA = 20,85 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 = 15 V, V2 = 18 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/30 + (VA − 15)/25 + (VA − VB)/2 = 0
0,5733·VA − 0,5·VB = 0,6
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/30 + (VB − VA)/2 + (VB − 18)/15 = 2
−0,5·VA + 0,6·VB = 3,2
Çözün
Δ = (0,5733)(0,6) − (−0,5)(−0,5) = 0,094
VA = Δ1/Δ = 1,96/0,094 = 20,85 V
VB = Δ2/Δ = 2,135/0,094 = 22,71 V
Cevap
VA = 20,85 V
5.Çevre analizi
Cevap: IR2 = −2,609 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 + 3(I1 − I2) = 18
13·I1 − 3·I2 = 18
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 + 3(I2 − I1) = (−18)
−3·I1 + 6·I2 = −18
Çözün
Δ = (13)(6) − (−3)(−3) = 69
I1 = Δ1/Δ = 54/69 = 0,7826 A
I2 = Δ2/Δ = −180/69 = −2,609 A
Cevap
IR2 = I2 = −2,609 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: VR3 = 1,806 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, 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
2·I1 + 3(I1 − I2) = 30
5·I1 − 3·I2 = 30
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 + 3(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 11·I2 − 4·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
4·I3 + 4(I3 − I2) = (−5)
−4·I2 + 8·I3 = −5
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 288
I1 = Δ1/Δ = 2100/288 = 7,292 A
I2 = Δ2/Δ = 620/288 = 2,153 A
I3 = Δ3/Δ = 130/288 = 0,4514 A
Cevap
IR3 = I3 = 0,4514 A
VR3 = IR3·R3 = 0,4514·4 = 1,806 V
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: VR4 = −15,13 V
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 = 8+8 = 16 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·16/(4+16) = 3,2 Ω
VA = 9·3,2/(6+3,2) = 3,13 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3,13·8/16 = 1,565 V
VR4′ = 0 − VB = 0 − 1,565 = −1,565 V
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 = 6·4/(6+4) = 2,4 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 8 ∥ 10,4 = 4,522 Ω
VB = Is·Req = 3·4,522 = 13,57 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 13,57·2,4/10,4 = 3,13 V
VR4″ = 0 − VB = 0 − 13,57 = −13,57 V
Katkıları toplayın
VR4 = VR4′ + VR4″
VR4 = (−1,565) + (−13,57) = −15,13 V
Negatif sonuç, gerçekte polaritenin işaretlenenin tersi olduğu anlamına gelir.
8.Süperpozisyon
Cevap: I = 11 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 = 8
2·I₁ + I₂ + I₃ = 13,5
I₁ + I₂ − I₃ = −3
Katkıları çözün
I₁ = 13,5 − 8 = 5,5 mA
I₃ = (8 − (−3))/2 = 5,5 mA
I₂ = 8 − 5,5 − 5,5 = −3 mA
V₂’yi kapatın
I = I₁ + I₃ = 5,5 + 5,5 = 11 mA
Cevap
I = 11 mA
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Rth = 11,53 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 = 12·5/(12+5) = 3,529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,529 + 8 = 11,53 Ω
10.Thévenin ve Norton
Cevap: IN = 2,786 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 = 2·6/(2+6) = 1,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,5 + 30 = 31,5 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) = 9 + 2,5·1,5 = 12,75 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12,75 + 2,5·30 = 87,75 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 = 87,75/31,5 = 2,786 A
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = 1,41 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.
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 = 68 mH / 47 Ω = 1,447 ms
Akımın azalması
i(t) = 3·e−1/1,447 = 1,503 A
vR = R·i = 47·1,503 = 70,64 V
Cevap
vR = 70,64 V
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: t = 0,6126 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.
Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti
t = 0’dan önce iki direnç de devrededir; sonra kapalı anahtar R₂’yi devre dışı bırakır.