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
ReIm55−5−51010−10−10θz

z = −9 − j9 sayısının argümanını, θ, derece cinsinden, −180° ile 180° arasındaki esas değer olarak bulun.

z = −9 − j9
θ = °
2.Karmaşık sayılarZor
ReIm11−1−122−2−2z₀z₁z₂z₃z₄z₅

n = 6 ve w = 64∠−60° için zⁿ = w denkleminin kökleri, k = 0, 1, …, 5 olmak üzere zk = R1/n∠((φ + 360°·k)/n)’dir. z₄ kökünün argümanını −180° ile 180° arasında derece cinsinden bulun.

w = 64∠−60°n = 6k = 4
θ₄ = °
3.AC empedans ve fazörlerOrta
50 V200 HzR = 25 ΩL = 100 mHC = 22 µFI

Seri bir RLC devresi 50 V (rms), 200 Hz bir kaynağa bağlı. Rms akım I değerini bulun.

V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 25 ΩL = 100 mHC = 22 µF
I = A
4.AC empedans ve fazörlerZor
120 V50 HzR1​ = 20 ΩR2​ = 60 ΩC = 22 µF

Bir R1 direnci, R2 ile bir C kondansatörünün paralel birleşimine seri bağlıdır ve 120 V (rms), 50 Hz’lik bir kaynağın uçlarına bağlanmıştır. Empedansın büyüklüğü |Z| değerini bulun.

V = 120 V (rms)f = 50 HzR1 = 20 ΩR2 = 60 ΩC = 22 µF
|Z| = Ω
5.AC güç ve güç faktörüOrta
230 VR + jXP = 2979 W18,5 A

Endüktif bir yük, 230 V (rms)’lik tek fazlı bir kaynaktan 18,5 A ve 2979 W çekiyor. Onu bir X reaktansına seri bağlı bir R direnci olarak modelleyin. R değerini bulun.

V = 230 VI = 18,5 AP = 2979 W
R = Ω
6.AC güç ve güç faktörüZor
P = 35 kWQ1​S1​φ1​QC​

Tek fazlı bir yük, 230 V, 50 Hz bir kaynaktan 0,8 geri güç faktöründe 35 kW çekiyor. Paralel bağlanan bir kondansatör güç faktörünü 0,95 değerine yükseltiyor. Kondansatörün sağlaması gereken reaktif güç QC değerini bulun.

P = 35 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,95V = 230 Vf = 50 Hz
QC = kvar
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiOrta
C = 220 nF+−4,8 VL = 100 mHiL​

24 V’a yüklenmiş 220 nF değerindeki bir kondansatör, ideal bir 100 mH bobinle salınıyor. Kondansatör gerilimi 4,8 V olduğu anda bobinde depolanan enerjiyi WL µJ cinsinden bulun.

C = 220 nFV0 = 24 VvC = 4,8 V
WL = µJ
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiZor
VR = ?22 µHC

Bir seri rezonans devresi 22 µH değerinde bir bobin kullanıyor. Hangi toplam seri direnç R, 100 kHz bant genişliği verir?

L = 22 µHBW = 100 kHz
R = Ω
9.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 415 VIL​ = ?M11 kW, η = 92%cos φ = 0,88

Üç fazlı bir asenkron motor tam yükte 11 kW mekanik çıkış gücü veriyor. Bu yükte verimi %92 ve güç faktörü 0,88 geri. Kaynağın fazlar arası gerilimi 415 V. Hat akımı IL değerini bulun.

Pout = 11 kWη = 92%cos φ = 0,88VL = 415 V
IL = A
10.Üç fazlı güçZor
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Dengeli üç fazlı bir yük, 400 V (fazlar arası), 50 Hz bir kaynaktan 0,75 geri güç faktöründe 50 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,95 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatör grubunun sağlaması gereken toplam reaktif güç QC değerini kvar cinsinden bulun.

P = 50 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,95VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.RC ve RL geçici rejimOrta
R = 68 Ωt = 0L33 mHi(t)

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 = 1 ms anında R üzerindeki gerilim vR değerini bulun.

i(0) = 2,5 AR = 68 ΩL = 33 mHt = 1 ms
vR = V
12.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​20 VR1​ = 47 ΩR2​ = 47 Ωt = 0’da kapanırL220 mHi(t)

R2 üzerindeki anahtar uzun süredir açıktır, bu yüzden bobin akımı sabittir. t = 0’da anahtar kapanır ve R2 direncini kısa devre eder. t = 10 ms anında bobin akımı i değerini bulun.

Vs = 20 VR1 = 47 ΩR2 = 47 ΩL = 220 mHt = 10 ms
i = A
13.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 20 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAIs​1,5 ABab

Norton akımı IN değerini bulun: uçlar kısa devre edilirse a’dan b’ye akan akım.

V1 = 10 VIs = 1,5 AR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 12 Ω
IN = A
15.Bode diyagramları ve paylarOrta
|H| (dB)0,10,111101010010010001000−40−20020406080ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ω = 15

G(s) = 40(s + 9)/(s(s + 1)) fonksiyonunun ω = 15 rad/s’deki ∠G(jω) fazını derece cinsinden bulun.

G(s) = 40(s + 9)/(s(s + 1))ω = 15 rad/s
∠G(jω) = °
16.Bode diyagramları ve paylarZor
|H| (dB)0,10,1111010100100−100−80−60−40−20020ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​

Birim geri beslemeli bir çevrimin açık çevrim transfer fonksiyonu L(s) = K/(s(s + 2)(s + 7))’dır. 20 dB’lik bir kazanç payı veren K kazancını bulun.

L(s) = K/(s(s + 2)(s + 7))GM = 20 dB
K =

3Çözeltiler

1.Karmaşık sayılar

Cevap: θ = −135 °

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.

Bölge

a = −9, b = −9 → III

Referans açı

α = atan(9/9) = 45°

Argüman

θ = −(180° − α) = −135°

Cevap

θ = −135°

Kutupsal biçimde z = 12,73∠−135°.

2.Karmaşık sayılar

Cevap: θ₄ = −130 °

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

641/6 = 2

Kökün argümanı

θ₄ = (−60° + 360°·4)/6 = 230° → −130°

Argüman

θ₄ = −130°

Cevap

θ₄ = −130°

6 kök, yarıçapı 2 olan çember üzerinde, birbirinden 60° arayla durur.

3.AC empedans ve fazörler

Cevap: I = 0,5381 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·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,1 = 125,7 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·22·10⁻⁶) = 36,17 Ω

Empedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(25² + (89,49)²) = 92,92 Ω

Akım

Seri devrenin her elemanından aynı akım geçer.

I = V/|Z| = 50/92,92 = 0,5381 A

Cevap

I = 0,5381 A
4.AC empedans ve fazörler

Cevap: |Z| = 74,29 Ω

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.

Reaktans

XC = 1/(2π·50·22·10⁻⁶) = 144,7 Ω

Paralel birleşim

Zp’yi reel ve sanal kısımlara ayırmak için pay ve paydayı karmaşık eşlenikle çarpın.

Zp = R₂·(−jXC)/(R₂ − jXC) = (R₂·XC² − jR₂²·XC)/(R₂² + XC²)
Zp = 51,2 − j21,23 Ω

Toplam empedans

Z = 20 + 51,2 − j21,23 = 71,2 − j21,23 Ω
|Z| = √(71,2² + 21,23²) = 74,29 Ω

Cevap

|Z| = 74,29 Ω
5.AC güç ve güç faktörü

Cevap: R = 8,704 Ω

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.

Aktif güçten direnç

R = P/I² = 2979/18,5² = 8,704 Ω

Cevap

R = 8,704 Ω
6.AC güç ve güç faktörü

Cevap: QC = 14,75 kvar

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.

Önce ve sonra reaktif güç

Aktif güç P değişmez; yalnızca şebekeden çekilen reaktif güç değişir.

Q1 = P·tan φ1 = 35·tan(36,87°) = 26,25 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 35·tan(18,19°) = 11,5 kvar
QC = Q1 − Q2 = 14,75 kvar

Cevap

QC = 14,75 kvar
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: WL = 60,83 µJ

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.

Toplam enerji

½·2,2 × 10⁻⁷·24² = 6,336 × 10⁻⁵ J

Kondansatörde kalan enerji

½·2,2 × 10⁻⁷·4,8² = 2,534 × 10⁻⁶ J

Bobindeki enerji

WL = 6,083 × 10⁻⁵ J = 60,83 µJ

Cevap

WL = 60,83 µJ
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: R = 13,82 Ω

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.

Seri bant genişliği

BW = R/(2πL)

Direnç

R = 2π·2,2 × 10⁻⁵·100000 = 13,82 Ω

Cevap

R = 13,82 Ω
9.Üç fazlı güç

Cevap: IL = 18,9 A

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.

Elektriksel giriş gücü

Pin = Pout/η = 11/0,92 = 11,96 kW

Hat akımı

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 11957/(√3·415·0,88) = 18,9 A

Cevap

IL = 18,9 A
10.Üç fazlı güç

Cevap: QC = 27,66 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 = 50·tan(acos 0,75) = 50·0,8819 = 44,1 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,95) = 50·0,3287 = 16,43 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 27,66 kvar

Cevap

QC = 27,66 kvar
11.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vR = 21,65 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.

Zaman sabiti

τ = L/R = 33 mH / 68 Ω = 0,4853 ms

Akımın azalması

i(t) = 2,5·e−1/0,4853 = 0,3184 A
vR = R·i = 68·0,3184 = 21,65 V

Cevap

vR = 21,65 V
12.RC ve RL geçici rejim

Cevap: i = 0,4004 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.

Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti

t = 0’dan önce iki direnç de devrededir; sonra kapalı anahtar R₂’yi devre dışı bırakır.

i(0) = 20/(47 + 47) = 0,2128 A
i(∞) = 20/47 = 0,4255 A
τ = L/R = 220/47 = 4,681 ms
i(t) = 0,4255 + (0,2128 − 0,4255)·e−t/τ

Verilen andaki akım

i(10) = 0,4255 + (−0,2128)·e−10/4,681 = 0,4004 A

Cevap

i = 0,4004 A
13.Thévenin ve Norton

Cevap: Rth = 15 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​ = 20 ΩR3​ = 5 ΩKISA DEVRER2​20 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 20·20/(20+20) = 10 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 10 + 5 = 15 Ω
14.Thévenin ve Norton

Cevap: IN = 1,625 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.

R1​ = 20 ΩR3​ = 12 ΩKISA DEVRER2​5 ΩAAÇIKBabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 20·5/(20+5) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 12 = 16 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAIs​1,5 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) = 2 + 1,5·4 = 8 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 8 + 1,5·12 = 26 V
IN​1,625 ARth​16 Ωab

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 = 26/16 = 1,625 A
15.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: ∠G(jω) = −117,1 °

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.

Açıları toplayın

∠G = atan(15/9) − 90° − atan(15/1) = 59,04° − 90° − 86,19°

Sonuç

∠G(j15) = −117,1°

Cevap

∠G(jω) = −117,1°
16.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: K = 12,6

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.

Faz kesişimi

(ω/2)·(ω/7) = 1 → ω180 = √(2·7) = 3,742 rad/s

Faz kesişimindeki genlik

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 4)·√(ω² + 49)) = K/(2·7·(2 + 7)) = K/126

Gerekli kazanç

126/K = 1020/20 = 10
K = 126/10 = 12,6

Cevap

K = 12,6

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