Devre Analizi 2: AC devreleri: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 16 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Karmaşık sayılar

Dikdörtgen biçim
z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Modül ve argüman
|z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Kutupsal ve üstel biçim
z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ
Bölme
z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Çarpım ve bölüm
r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
De Moivre
(r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
n. kökler
zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
p² < 4q olan ikinci derece denklem
z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Yöntem

  1. İşleme uygun biçimi seçin: toplama ve çıkarma için dikdörtgen a + jb, çarpma, bölme, kuvvet ve kökler için kutupsal r∠θ.
  2. j² = −1 ile açarak çarpın; bölmek için pay ve paydayı paydanın eşleniğiyle çarpın.
  3. r = √(a² + b²) ile ve θ’yı noktanın bir çiziminden (bölgeyi denetleyin) bularak çevirin; geri dönmek için a = r cos θ, b = r sin θ kullanın.
  4. Kuvvetler için De Moivre’i, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ, kullanın; zⁿ = R∠φ için n kökün hepsini R1/n∠((φ + 360°k)/n) olarak listeleyin.

AC empedans ve fazörler

Empedanslar
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Açısal frekans
ω = 2πf
Genlik ve açı
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Fazör biçiminde Ohm yasası
V = I·Z

Yöntem

  1. Frekansı çevirin: ω = 2πf.
  2. Her reaktansı bulun: XL = ωL ve XC = 1/(ωC).
  3. Empedansları dirençler gibi Z = R + jX ile toplayın.
  4. |Z| = √(R² + X²) büyüklüğünü ve φ = atan(X/R) açısını bulun, sonra fazörlerle Ohm yasasını kullanın.

AC güç ve güç faktörü

Aktif güç
P = V·I·cos φ
Reaktif güç
Q = V·I·sin φ
Görünür güç
S = V·I = √(P² + Q²)
Güç faktörü
pf = cos φ = P/S
Kompanzasyon kondansatörü
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Doğal frekans
ω0 = 1/√(LC), f0 = 1/(2π√(LC))
Enerji
W = ½CV0² = ½Cv² + ½Li²
Tepe akım
Imax = V0√(C/L)
Kalite faktörü
Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
Seri RLC
Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
Paralel RLC
Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Bant genişliği
BW = f2 − f1 = f0/Q, f0 = √(f1f2)
Yarım güç frekansları
f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
r bobin dirençli tank devresi
RD = L/(C·r) = Q²·r
Genliğin sönümü
e−Rt/(2L)

Yöntem

  1. Önce rezonans frekansını bulun: ω₀ = 1/√(LC) ve f₀ = ω₀/(2π).
  2. Devrenin seri mi paralel mi olduğuna karar verin: seri Q = (1/R)√(L/C), paralel Q = R√(C/L).
  3. Bant genişliği için BW = f₀/Q formülünü ya da R/(2πL) (seri) ve 1/(2πRC) (paralel) kısayollarını kullanın.
  4. Enerji sorularında, ideal bir LC devresinde toplam ½CV₀² enerjisinin sabit kaldığını ve her çeyrek periyotta C ile L arasında gidip geldiğini kullanın.

Üç fazlı güç

Y bağlantı
VL = √3·Vph, IL = Iph
Δ bağlantı
VL = Vph, IL = √3·Iph
Toplam aktif güç
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Görünür ve reaktif güç
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kompanzasyon kondansatörleri
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Her kondansatör üzerindeki gerilim
Δ: VL Y: VL/√3
Motor giriş gücü
Pin = Pout/η

RC ve RL geçici rejim

Zaman sabiti
τ = RC | τ = L/R
Yanıt
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
DC’de kondansatör
açık devre; vC ani değişemez
DC’de bobin
kısa devre; iL ani değişemez
Kalıcı durum
t ≈ 5τ

Yöntem

  1. Anahtarlamadan hemen sonraki başlangıç değerini bulun: kondansatör gerilimi ve bobin akımı ani değişemez.
  2. Anahtarlamadan çok sonraki son değeri bulun: kondansatör açık devre, bobin kısa devre gibi davranır.
  3. Zaman sabitini bulun: kondansatörün veya bobinin gördüğü direnci kullanarak τ = RC veya τ = L/R.
  4. x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ kullanın.

Thévenin ve Norton

Thévenin gerilimi
Vth = Vopen circuit
Thévenin direnci
Rth: tüm kaynaklar kapalı, a–b’den görülen
Norton akımı
IN = Vth/Rth
Yük akımı
IL = Vth/(Rth + RL)
Maksimum güç aktarımı
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Yöntem

  1. Yükü çıkarın ve iki ucu a ve b olarak işaretleyin.
  2. a ve b arasındaki açık devre gerilimini bulun: bu Vth’dir.
  3. Tüm bağımsız kaynakları devre dışı bırakın ve a–b uçlarından görülen direnci bulun: bu Rth’dir.
  4. Yükü eşdeğer devreye geri bağlayın: Rth ile seri Vth.
  5. Norton eşdeğeri için dönüştürün: IN = Vth/Rth, paralel RN = Rth ile.

2Alıştırma soruları

1.Karmaşık sayılarOrta
ReIm11−1−122−2−233−3−344−4−455−5−5zABCD

Diyagram z = 1 + j2 sayısını gösteriyor. w = 0,5∠90° iken z/w sayısını temsil eden noktaya tıklayın.

z = 1 + j2w = 0,5∠90°
  1. 1A (2 − j)
  2. 2B (2 + j4)
  3. 3C (4 − j2)
  4. 4D (−4 + j2)
2.Karmaşık sayılarZor
ReIm11−1−122−2−2z₀z₁z₂z₃

n = 4 ve w = 16∠120° için zⁿ = w denkleminin kökleri, k = 0, 1, 2, 3 olmak üzere zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n)’dir. z₀ kökünün sanal kısmını bulun.

w = 16∠120°n = 4k = 0
Im(z₀) =
3.AC empedans ve fazörlerOrta
50 V50 HzR = 20 ΩL = 100 mHC = 47 µFI

Seri bir RLC devresi 50 V (rms), 50 Hz bir kaynağa bağlı. Rms akım I değerini bulun.

V = 50 V (rms)f = 50 HzR = 20 ΩL = 100 mHC = 47 µF
I = A
4.AC empedans ve fazörlerZor
50 V60 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 47 µF+−VC​

Seri bir RLC devresi 50 V (rms), 60 Hz bir kaynağa bağlı. Kondansatör üzerindeki rms gerilim VC değerini bulun.

V = 50 V (rms)f = 60 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 47 µF
VC = V
5.AC güç ve güç faktörüOrta
P = 37 kWQSφ

Tek fazlı bir motor, 240 V bir kaynaktan 0,7 geri güç faktöründe 37 kW çekiyor. Hat akımı I değerini bulun.

P = 37 kWpf = 0,7V = 240 V
I = A
6.AC güç ve güç faktörüZor
P1​ = 14 kWQ1​S1​φ

50 kVA’lık tek fazlı bir transformatör 0,8 geri güç faktöründe 14 kW’lık bir yükü besliyor. Transformatör kVA değerine ulaşmadan önce dirençsel (birim güç faktörlü) yük olarak ne kadar ek aktif güç ΔP eklenebilir?

Smax = 50 kVAP1 = 14 kWpf1 = 0,8
ΔP = kW
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiOrta
tvC​iL​T/4 = ?T/2TL = 22 µHC = 470 nF

L = 22 µH ve C = 470 nF olan ideal bir LC devresinde kondansatör t = 0’da tamamen yüklüdür. Tüm enerjinin bobinde olmasına kadar ne kadar zaman geçer? t değerini µs cinsinden verin.

L = 22 µHC = 470 nF
t = µs
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiZor
C = 22 nFR = 10 ΩL = 1 mH

Yüklü bir 22 nF kondansatör, toplam seri direnci 10 Ω olan bir 1 mH bobin üzerinden boşalıyor; bu yüzden salınım yavaşça sönüyor. Genliği e−Rt/(2L) gibi azalır. Genlik yarıya inmeden önce kaç salınım çevrimi n geçer? (Kayıplar küçüktür, bu yüzden frekans f₀’dır.)

L = 1 mHC = 22 nFR = 10 Ω
n =
9.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 208 VIL​ = 75 Acos φ = 0,7geri

Dengeli üç fazlı bir yük, fazlar arası gerilimi 208 V olan bir kaynaktan 75 A hat akımı çekiyor. Güç faktörü 0,7 geri. Yükün çektiği toplam aktif güç P değerini kW cinsinden bulun.

VL = 208 VIL = 75 Acos φ = 0,7
P = kW
10.Üç fazlı güçZor
P = 250 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Dengeli üç fazlı bir yük, 480 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,72 geri güç faktöründe 250 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,9 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatör grubunun sağlaması gereken toplam reaktif güç QC değerini kvar cinsinden bulun.

P = 250 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,9VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
11.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​24 Vt = 0R = 15 ΩL33 mHi(t)

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. Anahtar kapandıktan ne kadar sonra akım son değerinin %90’ine ulaşır? t değerini bulun.

Vs = 24 VR = 15 ΩL = 33 mH
t = ms
12.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​15 Vt = 0R = 6,8 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 4 V

Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 4 V vardır. t = 150 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.

Vs = 15 VR = 6,8 kΩC = 33 µFvC(0) = 4 Vt = 150 ms
vC = V
13.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.

V1 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAIs​6 ABRL​25 ΩIL​

a–b arasına RL = 25 Ω yük bağlanmıştır. Thévenin eşdeğerini kullanarak yüke aktarılan PL gücünü bulun.

V1 = 9 VIs = 6 AR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩRL = 25 Ω
PL = W
15.Bode diyagramları ve paylarOrta
|H| (dB)0,11101001000−80−60−40−2002040ω (rad/s)ω = 30

G(s) = 360/((s + 1)(s + 18)) fonksiyonunun ω = 30 rad/s’deki tam |G(jω)| genliğini dB cinsinden bulun.

G(s) = 360/((s + 1)(s + 18))ω = 30 rad/s
|G(jω)| = dB
16.Bode diyagramları ve paylarZor
|H| (dB)0,10,111101010010010001000−60−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​

Birim geri beslemeli bir çevrimin açık çevrim transfer fonksiyonu L(s) = 140/(s(s + 4))’dır. Faz payını PM derece cinsinden bulun.

L(s) = 140/(s(s + 4))
PM = °

3Çözeltiler

1.Karmaşık sayılar

Cevap: C (4 − j2)

Kutupsal biçim: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·ejθ; r = |z| ve θ = arg z. Dikdörtgen biçime dönüş: a = r cos θ, b = r sin θ. Argüman için bölge gerekir: θ = atan(b/a) yalnızca a > 0 için geçerlidir; a < 0 için 180° ekleyin ya da çıkarın. Kutupsal biçimde çarpma kolaydır: modülleri çarpın, argümanları toplayın; bölmek için modülleri bölün, argümanları çıkarın.

w’nun etkisi

|z/w| = |z|/0,5, arg(z/w) = arg z − 90°

Nokta

z/w = 4 − j2 → C

Cevap

C (4 − j2)
2.Karmaşık sayılar

Cevap: Im(z₀) = 1

De Moivre ve kökler: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. zⁿ = R∠φ denkleminin tam olarak n kökü vardır; hepsinin modülü R1/n’dir ve argümanları k = 0, 1, …, n − 1 için (φ + 360°·k)/n’dir: bir çember üzerinde eşit aralıklarla, 360°/n arayla dizilirler. p² < 4q olan z² + pz + q = 0 ikinci derece denkleminin karmaşık kökleri z = −p/2 ± j√(q − p²/4)’tür; gerçel katsayılı bir polinomun karmaşık kökleri her zaman a ± jb eşlenik çiftleri hâlindedir.

Köklerin modülü

161/4 = 2

Kökün argümanı

θ₀ = (120° + 360°·0)/4 = 30°

Dikdörtgen biçim

z₀ = 2·(cos 30° + j sin 30°) = 1,732 + j1
Im(z₀) = 1

Cevap

Im(z₀) = 1

4 kök, yarıçapı 2 olan çember üzerinde, birbirinden 90° arayla durur.

3.AC empedans ve fazörler

Cevap: I = 1,206 A

Fazörlerle AC devreleri: direnç, bobin ve kondansatörün empedansları R, jωL ve 1/(jωC)’dir; ω = 2πf. Seride empedanslar dirençler gibi, ancak karmaşık sayı olarak toplanır. Rms akım ve gerilim |Z| ile Ohm yasasına uyar.

Reaktanslar

ω = 2πf = 2π·50 = 314,2 rad/s
XL = ωL = 314,2·0,1 = 31,42 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(314,2·47·10⁻⁶) = 67,73 Ω

Empedans

Seride empedanslar karmaşık sayılar olarak toplanır: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(20² + (−36,31)²) = 41,45 Ω

Akım

Seri devrenin her elemanından aynı akım geçer.

I = V/|Z| = 50/41,45 = 1,206 A

Cevap

I = 1,206 A
4.AC empedans ve fazörler

Cevap: VC = 45,11 V

Fazörlerle AC devreleri: direnç, bobin ve kondansatörün empedansları R, jωL ve 1/(jωC)’dir; ω = 2πf. Seride empedanslar dirençler gibi, ancak karmaşık sayı olarak toplanır. Rms akım ve gerilim |Z| ile Ohm yasasına uyar.

Reaktanslar

ω = 2πf = 2π·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,05 = 18,85 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·47·10⁻⁶) = 56,44 Ω

Empedans

Seride empedanslar karmaşık sayılar olarak toplanır: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(50² + (−37,59)²) = 62,55 Ω

Akım

Seri devrenin her elemanından aynı akım geçer.

I = V/|Z| = 50/62,55 = 0,7993 A

Kondansatör gerilimi

VC = I·XC = 0,7993·56,44 = 45,11 V

Cevap

VC = 45,11 V
5.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 220,2 A

AC güç: görünür güç S = V·I (VA), faydalı iş yapan aktif güç P = S·cos φ (W) ile kaynak ve yük arasında gidip gelen reaktif güç Q = S·sin φ (var) olarak ayrılır. Güç faktörü cos φ’dir. Paralel bir kondansatör reaktif gücü yerinde sağlar, böylece aynı aktif güç için hat akımı düşer.

Hat akımı

Gücün yalnızca aktif kısmı iş yapar, bu yüzden güç faktörüne bölün.

I = P/(V·cos φ) = 37000/(240·0,7) = 220,2 A

Cevap

I = 220,2 A
6.AC güç ve güç faktörü

Cevap: ΔP = 34,89 kW

AC güç: görünür güç S = V·I (VA), faydalı iş yapan aktif güç P = S·cos φ (W) ile kaynak ve yük arasında gidip gelen reaktif güç Q = S·sin φ (var) olarak ayrılır. Güç faktörü cos φ’dir. Paralel bir kondansatör reaktif gücü yerinde sağlar, böylece aynı aktif güç için hat akımı düşer.

Mevcut yükün reaktif gücü

Q1 = 14·tan(arccos 0,8) = 10,5 kvar

En büyük toplam aktif güç

Tam değerde S = Smax’tır ve Q dirençsel yükle değişmez.

P = √(Smax² − Q1²) = √(50² − 10,5²) = 48,89 kW

Ek aktif güç

ΔP = 48,89 − 14 = 34,89 kW

Cevap

ΔP = 34,89 kW
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: t = 5,051 µs

LC rezonansı: bir bobine bağlanan yüklü bir kondansatör, kendisini ters yönde yükleyen bir akım geçirir: enerji, f0 = 1/(2π√(LC)) doğal frekansında C’nin elektrik alanı (½Cv²) ile L’nin manyetik alanı (½Li²) arasında gidip gelir. Direnç yoksa toplam ½CV0² enerjisi sabit kalır, dolayısıyla tepe akım Imax = V0√(C/L)’dir. Bir periyot T = 1/f0’dır; enerji bunun dörtte birinde C’den L’ye geçer.

Periyot

T = 2π√(2,2 × 10⁻⁵·4,7 × 10⁻⁷) = 20,2 µs

Çeyrek periyot

t = T/4 = 5,051 µs

Cevap

t = 5,051 µs
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: n = 4,704

Q çarpanı ve bant genişliği: bir rezonans devresinde Q = 2π·(depolanan enerji)/(çevrim başına kaybolan enerji). Seri RLC için Q = ω0L/R = (1/R)√(L/C); paralel RLC için Q = R/(ω0L) = R√(C/L). Yarım güç frekansları f1 ve f2 arasındaki bant genişliği (burada güç yarıya, akım ya da gerilim tepe değerinin 1/√2’sine iner) BW = f2 − f1 = f0/Q’dur; bu seride R/(2πL), paralelde 1/(2πRC)’dir. Rezonans frekansı geometrik ortalama f0 = √(f1f2)’dir ve f1,2 = f0(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Kayıplar salınımın sönmesine de yol açar: seri RLC’de genlik e−Rt/(2L) gibi azalır.

Genliğin yarı ömrü

t = 2·0,001·ln 2/10 = 0,0001386 s

Çevrim sayısı

n = t·f0 = 0,0001386·33932 = 4,704

Cevap

n = 4,704

Kısayol: Q = 21,32 ile n = Q·ln 2/π.

9.Üç fazlı güç

Cevap: P = 18,91 kW

Dengeli üç fazlı sistemler: Y (yıldız) bağlantıda fazlar arası gerilim faz geriliminin √3 katıdır, VL = √3·Vph, ve hat akımı faz akımına eşittir. Δ (üçgen) bağlantıda fazlar arası gerilim faz gerilimine eşittir ve hat akımı faz akımının √3 katıdır, IL = √3·Iph. Toplam güç bir fazın gücünün üç katıdır: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Görünür güç

S = √3·VL·IL = √3·208·75 = 27,02 kVA

Aktif güç

P = S·cos φ = 27,02·0,7 = 18,91 kW

Cevap

P = 18,91 kW
10.Üç fazlı güç

Cevap: QC = 119,9 kvar

Dengeli üç fazlı sistemler: Y (yıldız) bağlantıda fazlar arası gerilim faz geriliminin √3 katıdır, VL = √3·Vph, ve hat akımı faz akımına eşittir. Δ (üçgen) bağlantıda fazlar arası gerilim faz gerilimine eşittir ve hat akımı faz akımının √3 katıdır, IL = √3·Iph. Toplam güç bir fazın gücünün üç katıdır: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Güç faktörü düzeltme: kondansatörler reaktif gücü yerinde sağlar, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Üç kondansatörün her biri QC/3 = V²·ω·C sağlar; burada V o kondansatör üzerindeki gerilimdir: Δ grupta VL, Y grupta VL/√3.

Önce ve sonra reaktif güç

Aktif güç değişmediği için her güç faktörü reaktif gücü belirler: Q = P·tan φ.

Q1 = 250·tan(acos 0,72) = 250·0,9639 = 241 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0,9) = 250·0,4843 = 121,1 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 119,9 kvar

Cevap

QC = 119,9 kvar
11.RC ve RL geçici rejim

Cevap: t = 5,066 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 = 33 mH / 15 Ω = 2,2 ms
i(∞) = Vs/R = 24/15 = 1,6 A

Zaman için çözün

0,9 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,9)
t = −2,2·ln(0,1) = 5,066 ms

Cevap

t = 5,066 ms
12.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vC = 9,362 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.

vC(0) = 4 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 33 µF = 224,4 ms
vC(t) = 15 + (4 − 15)·e−t/τ

Verilen andaki gerilim

vC(150) = 15 + (−11)·e−150/224,4 = 9,362 V

Cevap

vC = 9,362 V
13.Thévenin ve Norton

Cevap: Rth = 6,875 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.

R1​ = 3 ΩR3​ = 5 ΩKISA DEVRER2​5 ΩAabRth​

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 + 5 = 6,875 Ω
14.Thévenin ve Norton

Cevap: PL = 175,2 W

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.

R1​ = 3 ΩR3​ = 15 ΩKISA DEVRER2​15 ΩAAÇIKBabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

Gerilim kaynaklarını kısa devre, akım kaynaklarını açık devreyle değiştirin, sonra devreye a–b’den bakın.

R1 ∥ R2 = 3·15/(3+15) = 2,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,5 + 15 = 17,5 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAIs​6 ABab+−Vth​

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) = 7,5 + 6·2,5 = 22,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22,5 + 6·15 = 112,5 V
Rth​ = 17,5 Ω+−Vth​112,5 VRL​25 ΩIL​

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) = 112,5/(17,5 + 25) = 2,647 A
PL = IL²·RL = 2,647²·25 = 175,2 W
15.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: |G(jω)| = −9,299 dB

Frekans yanıtı: transfer fonksiyonunda s = jω koyun. Desibel cinsinden genlik 20·log₁₀|H(jω)|’dır ve faz, payın çarpanlarının açıları toplamından paydanınkilerin çıkarılmasıdır. Birinci dereceden bir RC ya da RL filtresinin köşe (−3 dB) frekansı ωc = 1/(RC) ya da R/L ve fc = ωc/(2π)’dir; bir alçak geçiren filtre |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ve φ = −atan(ω/ωc) verir. Asimptotik (doğru parçalı) Bode diyagramında her kutup genliği köşe frekansında 20 dB/dekad aşağı büker, her sıfır 20 dB/dekad yukarı büker ve bir integratör 1/s her frekansta −20 dB/dekad verir. Kazanç kesişimi ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); faz payı PM = 180° + ∠L(jωc). Faz kesişimi ω180: ∠L(jω) = −180°; kazanç payı GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. İki pay da pozitifse kapalı çevrim kararlıdır.

Büyüklükleri çarpın

|G(j30)| = 360/(√(30² + 1²)·√(30² + 18²)) = 360/(30,02·34,99) = 0,3428

Sonuç

20·log₁₀(0,3428) = −9,299 dB

Cevap

|G(jω)| = −9,299 dB
16.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: PM = 19,18 °

Frekans yanıtı: transfer fonksiyonunda s = jω koyun. Desibel cinsinden genlik 20·log₁₀|H(jω)|’dır ve faz, payın çarpanlarının açıları toplamından paydanınkilerin çıkarılmasıdır. Birinci dereceden bir RC ya da RL filtresinin köşe (−3 dB) frekansı ωc = 1/(RC) ya da R/L ve fc = ωc/(2π)’dir; bir alçak geçiren filtre |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ve φ = −atan(ω/ωc) verir. Asimptotik (doğru parçalı) Bode diyagramında her kutup genliği köşe frekansında 20 dB/dekad aşağı büker, her sıfır 20 dB/dekad yukarı büker ve bir integratör 1/s her frekansta −20 dB/dekad verir. Kazanç kesişimi ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); faz payı PM = 180° + ∠L(jωc). Faz kesişimi ω180: ∠L(jω) = −180°; kazanç payı GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. İki pay da pozitifse kapalı çevrim kararlıdır.

Kazanç kesişimi

ω⁴ + 16ω² − 19600 = 0
ω² = (−16 + √(256 + 4·19600))/2 = 132,2
ωc = 11,5 rad/s

Faz payı

∠L(jωc) = −90° − atan(11,5/4) = −160,8°
PM = 180° + ∠L = 19,18°

Cevap

PM = 19,18°

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2