Şekildeki gibi A düğümü ile toprak arasına üç kol bağlıdır. Düğüm analizi kullanarak 3 kolunda ok yönünde yukarı, A düğümüne doğru akan I3 akımını bulun.
A ile B arasındaki Vₛ gerilim kaynağının + ucu B’dedir, bu yüzden VB − VA = Vₛ yapar. Süper düğümlü düğüm analizi kullanarak ok yönünde R1 üzerinden geçen IR1 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 = 2 mA. V1 iki katına çıkarılıp diğer ikisi değişmediğinde I = 7 mA. Is kaynağının yönü ters çevrilip diğer ikisi değişmediğinde I = 26 mA. V2 kapatıldığında ve V1 ile Is normal değerlerindeyken yük akımı I değerini bulun.
normal: I = 2 mA2·V1: I = 7 mA−Is: I = 26 mA
I = mA
9.Thévenin ve NortonOrta
Norton akımı IN değerini bulun: uçlar kısa devre edilirse a’dan b’ye akan akım.
V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 Ω
IN = A
10.Thévenin ve NortonZor
a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.
V1 = 5 VIs = 6 AR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
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.
Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 5 ms anında i akımını bulun.
Vs = 10 VR = 22 ΩL = 220 mHt = 5 ms
i = A
14.RC ve RL geçici rejimZor
Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 10 V vardır. t = 100 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.
Vs = 5 VR = 2,2 kΩC = 47 µFvC(0) = 10 Vt = 100 ms
vC = V
3Çözeltiler
1.Seri ve paralel dirençler
Cevap: IR2 = 0,7609 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 = 2 + 12 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 8·14/(8+14) = 5,091 Ω
Req = R1 + 5,091 = 20 + 5,091 = 25,09 Ω
Kaynaktan çekilen akım
Kaynak yalnızca Req’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.
IR1 = V1/Req = 30/25,09 = 1,196 A
R₂’den geçen akım
A düğümündeki gerilimi bulmak için R₁ üzerindeki düşümü çıkarın; bu, R₂ üzerindeki gerilimdir.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 1,196·20 = 6,087 V
IR2 = VA/R2 = 6,087/8 = 0,7609 A
Cevap
IR2 = 0,7609 A
2.Seri ve paralel dirençler
Cevap: Req = 33,35 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 = 5 + 20 = 25 Ω
R4 ∥ 25 = 12,5 Ω
R3 + 12,5 = 20,5 Ω
R2 ∥ 20,5 = 3,347 Ω
Req = R1 + 3,347 = 30 + 3,347 = 33,35 Ω
Cevap
Req = 33,35 Ω
3.Düğüm analizi
Cevap: I3 = 1,781 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
Alttaki teli toprak kabul edin. Her kol A’dan dışarı (VA − Vk)/Rk akımı taşır; Vk kolun kaynağının gerilimidir (sade bir direnç için sıfır). A’dan çıkan akımların toplamı sıfırdır.
(VA − 9)/12 + (VA − 6)/8 + (VA − 30)/8 = 0
VA’yı çözün
VA = (9/12 + 6/8 + 30/8) / (1/12 + 1/8 + 1/8) = 5,25/0,3333 = 15,75 V
Kol akımı
Ok kol boyunca yukarı, A düğümüne doğru gösterir.
I3 = (30 − VA)/R3 = (30 − 15,75)/8 = 1,781 A
Cevap
I3 = 1,781 A
Negatif sonuç, gerçek akımın oka ters yönde aktığı anlamına gelir.
4.Düğüm analizi
Cevap: IR1 = 1,634 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 + 5
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is
Çözün
(VA − 18)/10 + VA/4 + (VA + 5)/3 = 1
VA·(1/10 + 1/4 + 1/3) = 1 + 18/10 − 5/3 = 1,133
VA = 1,133/0,6833 = 1,659 V
VB = 6,659 V
R₁’den geçen akım
IR1 = (V1 − VA)/R1 = (18 − 1,659)/10 = 1,634 A
Cevap
IR1 = 1,634 A
Negatif sonuç, gerçek akımın oka ters yönde aktığı anlamına gelir.
5.Çevre analizi
Cevap: IR3 = 0,8415 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 + 12(I1 − I2) = 9
22·I1 − 12·I2 = 9
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 + 12(I2 − I1) = (−12)
−12·I1 + 14·I2 = −12
Çözün
Δ = (22)(14) − (−12)(−12) = 164
I1 = Δ1/Δ = −18/164 = −0,1098 A
I2 = Δ2/Δ = −156/164 = −0,9512 A
Cevap
IR3 = I1 − I2 = 0,8415 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
6.Çevre analizi
Cevap: IR4 = 1,237 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 + 8(I1 − I2) = 30
23·I1 − 8·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
10·I2 + 8(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−8·I1 + 28·I2 − 10·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 + 10(I3 − I2) = (−12)
−10·I2 + 14·I3 = −12
Çözün
Δ = katsayılar matrisinin determinantı = 5820
I1 = Δ1/Δ = 7800/5820 = 1,34 A
I2 = Δ2/Δ = 600/5820 = 0,1031 A
I3 = Δ3/Δ = −4560/5820 = −0,7835 A
Cevap
IR4 = I1 − I2 = 1,237 A
Negatif bir çevre akımı saat yönünün tersine akar.
7.Süperpozisyon
Cevap: IR3 = −1,12 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 = 4+8 = 12 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·12/(6+12) = 4 Ω
VA = 6·4/(20+4) = 1 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 1·8/12 = 0,6667 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (1 − 0,6667)/4 = 0,08333 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 = 20·6/(20+6) = 4,615 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 8 ∥ 8,615 = 4,148 Ω
VB = Is·Req = 2,5·4,148 = 10,37 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 10,37·4,615/8,615 = 5,556 V
Negatif sonuç, gerçekte akımın okun tersine aktığı anlamına gelir.
8.Süperpozisyon
Cevap: I = −7 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 = 2
2·I₁ + I₂ + I₃ = 7
I₁ + I₂ − I₃ = 26
Katkıları çözün
I₁ = 7 − 2 = 5 mA
I₃ = (2 − 26)/2 = −12 mA
I₂ = 2 − 5 − (−12) = 9 mA
V₂’yi kapatın
I = I₁ + I₃ = 5 + (−12) = −7 mA
Cevap
I = −7 mA
9.Thévenin ve Norton
Cevap: IN = 0,32 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 = 10·3/(10+3) = 2,308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,308 + 15 = 17,31 Ω
Açık devre gerilimi Vth’yi bulun
a–b açıkken R₃’ten akım geçmez, bu yüzden üzerinde düşüm yoktur ve V_b = V_A olur. R₁ ve R₂ bir gerilim bölücü oluşturur.
Vth = V1·R2/(R1+R2) = 24·3/(10+3) = 5,538 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 = 5,538/17,31 = 0,32 A
10.Thévenin ve Norton
Cevap: Vth = 62,38 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 = 3·5/(3+5) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 8 = 9,875 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) = 3,125 + 6·1,875 = 14,38 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 14,38 + 6·8 = 62,38 V
11.Op-amp devreleri
Cevap: Vout = 0,7727 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.
Giriş akımları
V₋ = 0, bu yüzden her giriş direncinin üzerinde kendi giriş geriliminin tamamı vardır.
I1 = V1/R1 = 0,3/100 = 0,003 mA
I2 = V2/R2 = −1,1/22 = −0,05 mA
If = I1 + I2 = −0,047 mA
Çıkış gerilimi
Vout = −Rf·If = −47·(−0,047) = 2,209 V
Cevap
Vout = 2,209 V
13.RC ve RL geçici rejim
Cevap: i = 0,1788 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.
Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti
Kondansatör gerilimi sıçrayamaz; bu yüzden depolanan değerden başlar ve kaynak gerilimine yönelir.