Doğrusal dirençli bir devrede bir Vs gerilim kaynağı ve bir Is akım kaynağı vardır. Bir yük direncinden geçen I akımı iki kez ölçülür: Vs = 12 V ve Is = 5 mA iken I = 21,5 mA; Vs = 8 V ve Is = 10 mA iken I = 11 mA. Vs = 10 V ve Is = 2 mA iken yük akımı I değerini bulun.
12 V, 5 mA → 21,5 mA8 V, 10 mA → 11 mAVs = 10 V, Is = 2 mA
I = mA
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 = −6,5 mA. V1 iki katına çıkarılıp diğer ikisi değişmediğinde I = 3,5 mA. Is kaynağının yönü ters çevrilip diğer ikisi değişmediğinde I = 8,5 mA. V2 kapatıldığında ve V1 ile Is normal değerlerindeyken yük akımı I değerini bulun.
normal: I = −6,5 mA2·V1: I = 3,5 mA−Is: I = 8,5 mA
I = mA
9.Thévenin ve NortonOrta
a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.
V1 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
10.Thévenin ve NortonZor
a–b arasına RL = 10 Ω yük bağlanmıştır. Devrenin geri kalanını Thévenin eşdeğeriyle değiştirin ve yük akımı IL değerini bulun.
Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir; çıkışı ±13 V’ta doyuma ulaşır. Eviren yükselteç sinüs dalgasıyla sürülüyor. Çıkışın kırpılmadığı en büyük giriş genliği Vin,max (tepe değeri) değerini bulun.
R1 = 10 kΩRf = 47 kΩVsat = ±13 V
Vin,max = V
12.Op-amp devreleriZor
Toplayıcı yükselteç, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır. Çıkış gerilimi Vout değerini bulun.
Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. Anahtar kapandıktan ne kadar sonra akım son değerinin %75’ine ulaşır? t değerini bulun.
Vs = 10 VR = 33 ΩL = 47 mH
t = ms
14.RC ve RL geçici rejimZor
Anahtar uzun süredir kapalıdır, bu yüzden devre kararlı hâldedir. t = 0’da anahtar açılır. t = 25 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 9 VR1 = 6,8 kΩR2 = 6,8 kΩC = 10 µFt = 25 ms
vC = V
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 0,5432 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 = 8 + 5 = 13 Ω
R2 ∥ 13 = 20·13/(20+13) = 7,879 Ω
Req = R1 + 7,879 = 3 + 7,879 = 10,88 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 15/10,88 = 1,379 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 1,379·3 = 10,86 V
IR2 = VA/R2 = 10,86/20 = 0,5432 A
Cevap
IR2 = 0,5432 A
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 31,46 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 = 8 + 12 = 20 Ω
R4 ∥ 20 = 10 Ω
R3 + 10 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 6,462 Ω
Req = R1 + 6,462 = 25 + 6,462 = 31,46 Ω
Cevap
Req = 31,46 Ω
3.Düğüm analizi
Cevap: VA = 4,348 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 = 10 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/10 + (VA − 10)/5 + (VA − VB)/8 = 0
0,425·VA − 0,125·VB = 2
B düğümünde KAY
B düğümünden dirençler üzerinden çıkan akımlar, kaynakların B düğümüne verdiği akıma eşittir.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/4 + (VB − VA)/8 = (−1)
−0,125·VA + 0,375·VB = −1
Çözün
Δ = (0,425)(0,375) − (−0,125)(−0,125) = 0,1438
VA = Δ1/Δ = 0,625/0,1438 = 4,348 V
VB = Δ2/Δ = −0,175/0,1438 = −1,217 V
Cevap
VA = 4,348 V
4.Düğüm analizi
Cevap: VA = 8 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 = 36 V, V2 = −6 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/10 + (VA − 36)/25 + (VA − VB)/6 = 0
0,3067·VA − 0,1667·VB = 1,44
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/5 + (VB − VA)/6 + (VB − (−6))/20 = 1,5
−0,1667·VA + 0,4167·VB = 1,2
Çözün
Δ = (0,3067)(0,4167) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,1
VA = Δ1/Δ = 0,8/0,1 = 8 V
VB = Δ2/Δ = 0,608/0,1 = 6,08 V
Cevap
VA = 8 V
5.Çevre analizi
Cevap: I2 = −6,857 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 + 2(I1 − I2) = 24
8·I1 − 2·I2 = 24
2 çevresinde KGY
Saat yönünde ilerlerken dirençlerdeki gerilim düşümleri kaynak gerilim artışlarına eşittir (ilerleme yönünde −’den +’ya).
R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
2·I2 + 2(I2 − I1) = (−30)
−2·I1 + 4·I2 = −30
Çözün
Δ = (8)(4) − (−2)(−2) = 28
I1 = Δ1/Δ = 36/28 = 1,286 A
I2 = Δ2/Δ = −192/28 = −6,857 A
Cevap
I2 = −6,857 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: IR5 = 0,7598 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
15·I1 + 20(I1 − I2) = 18
35·I1 − 20·I2 = 18
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
25·I2 + 20(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−20·I1 + 47·I2 − 2·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 + 2(I3 − I2) = (−9)
−2·I2 + 17·I3 = −9
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 21025
I1 = Δ1/Δ = 13950/21025 = 0,6635 A
I2 = Δ2/Δ = 5490/21025 = 0,2611 A
I3 = Δ3/Δ = −10485/21025 = −0,4987 A
Cevap
IR5 = I2 − I3 = 0,7598 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: I = 19 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.
Yanıtı katkıların toplamı olarak yazın
Her katkı kendi kaynağıyla orantılıdır; sabit yalnızca dirençlere bağlıdır.
I = k₁·Vs + k₂·Is
12·k₁ + 5·k₂ = 21,5
8·k₁ + 10·k₂ = 11
Sabitleri çözün
Δ = (12)(10) − (5)(8) = 80
k₁ = Δ1/Δ = 160/80 = 2
k₂ = Δ2/Δ = −40/80 = −0,5
k₁ = 2 mA/V, k₂ = −0,5
Yeni akımı hesaplayın
I = 2·10 + (−0,5)·2 = 19 mA
Cevap
I = 19 mA
8.Süperpozisyon
Cevap: I = 2,5 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 = −6,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 3,5
I₁ + I₂ − I₃ = 8,5
Katkıları çözün
I₁ = 3,5 − (−6,5) = 10 mA
I₃ = (−6,5 − 8,5)/2 = −7,5 mA
I₂ = −6,5 − 10 − (−7,5) = −9 mA
V₂’yi kapatın
I = I₁ + I₃ = 10 + (−7,5) = 2,5 mA
Cevap
I = 2,5 mA
9.Thévenin ve Norton
Cevap: Rth = 17,61 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 = 3·20/(3+20) = 2,609 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,609 + 15 = 17,61 Ω
10.Thévenin ve Norton
Cevap: IL = 1,724 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 = 25·15/(25+15) = 9,375 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 9,375 + 8 = 17,38 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) = 3,75 + 2,5·9,375 = 27,19 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 27,19 + 2,5·8 = 47,19 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) = 47,19/(17,38 + 10) = 1,724 A
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vin,max = 2,766 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| = Rf/R1 = 47/10 = 4,7
Kırpılmadan önceki en büyük giriş
Vin,max = Vsat/|Av| = 13/4,7 = 2,766 V
Cevap
Vin,max = 2,766 V
12.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = −4,511 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 akımları
V₋ = 0, bu yüzden her giriş direncinin üzerinde kendi giriş geriliminin tamamı vardır.
I1 = V1/R1 = −0,7/4,7 = −0,1489 mA
I2 = V2/R2 = 1,2/2 = 0,6 mA
If = I1 + I2 = 0,4511 mA
Çıkış gerilimi
Vout = −Rf·If = −10·0,4511 = −4,511 V
Cevap
Vout = −4,511 V
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: t = 1,974 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 ve son akım
Anahtar kapandıktan uzun süre sonra bobin kısa devre gibi davranır; bu yüzden son akımı yalnızca R belirler.
τ = L/R = 47 mH / 33 Ω = 1,424 ms
i(∞) = Vs/R = 10/33 = 0,303 A
Zaman için çözün
0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −1,424·ln(0,25) = 1,974 ms
Cevap
t = 1,974 ms
14.RC ve RL geçici rejim
Cevap: vC = 3,116 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.