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
ReIm22−2−244−4−4θz

z = −4 + j sayısının argümanını, θ, derece cinsinden, −180° ile 180° arasındaki esas değer olarak bulun.

z = −4 + j
θ = °
2.Karmaşık sayılarZor
ReIm11−1−122−2−2θz

z = √3 + j için z³ sayısının sanal kısmını bulmak üzere De Moivre teoremini kullanın.

z = √3 + jn = 3
Im(z³) =
3.AC empedans ve fazörlerOrta
100 V100 HzR = 60 ΩL = 250 mHC = 2,2 µFI

Seri bir RLC devresi 100 V (rms), 100 Hz bir kaynağa bağlı. Devrenin güç faktörü cos φ değerini bulun.

V = 100 V (rms)f = 100 HzR = 60 ΩL = 250 mHC = 2,2 µF
cos φ =
4.AC empedans ve fazörlerZor
24 V200 HzR1​ = 20 ΩR2​ = 150 ΩC = 4,7 µFI

Bir R1 direnci, R2 ile bir C kondansatörünün paralel birleşimine seri bağlıdır ve 24 V (rms), 200 Hz’lik bir kaynağın uçlarına bağlanmıştır. Rms akım I değerini bulun.

V = 24 V (rms)f = 200 HzR1 = 20 ΩR2 = 150 ΩC = 4,7 µF
I = A
5.AC güç ve güç faktörüOrta
120 VZ8 + j6 ΩI

Empedansı Z = 8 + j6 Ω olan bir yük 120 V (rms)’lik tek fazlı bir kaynağa bağlıdır. Harcadığı aktif güç P değerini bulun.

V = 120 VZ = 8 + j6 Ω
P = W
6.AC güç ve güç faktörüZor
P = 20 kWQ1​S1​φ1​QC​

Tek fazlı bir yük, 400 V, 60 Hz bir kaynaktan 0,6 geri güç faktöründe 20 kW çekiyor. Paralel bağlanan bir kondansatör güç faktörünü 0,95 değerine yükseltiyor. Yeni hat akımı Inew değerini bulun.

P = 20 kWpf1 = 0,6pf2 = 0,95V = 400 Vf = 60 Hz
Inew = A
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiOrta
C = 2,2 µF+−6 VL = 2,2 mHiL​

24 V’a yüklenmiş 2,2 µF değerindeki bir kondansatör, ideal bir 2,2 mH bobinle salınıyor. Kondansatör gerilimi 6 V olduğu anda bobinde depolanan enerjiyi WL µJ cinsinden bulun.

C = 2,2 µFV0 = 24 VvC = 6 V
WL = µJ
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiZor
f|I|0,7071f0​ = ?900 kHz1,8 MHzBW

Bir rezonans eğrisinin yarım güç frekansları 900 kHz ve 1,8 MHz’dir. Rezonans frekansını bunların geometrik ortalaması olarak bulun, sonra kalite çarpanını Q bulun.

f1 = 900 kHzf2 = 1,8 MHz
Q =
9.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 480 VZ = 4 + j3 Ωfaz başına

Faz başına empedansı 4 + j3 Ω olan dengeli Δ bağlı bir yük, fazlar arası gerilimi 480 V olan dengeli üç fazlı bir kaynağa bağlanmıştır. Yükün çektiği toplam aktif güç P değerini kW cinsinden bulun.

VL = 480 VZ = 4 + j3 Ω faz başına
P = kW
10.Üç fazlı güçZor
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​

Dengeli üç fazlı bir yük, 400 V (fazlar arası), 50 Hz bir kaynaktan 0,7 geri güç faktöründe 50 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,98 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatörler Y bağlıdır. Her kondansatörün kapasitansı Cph değerini µF cinsinden bulun.

P = 50 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,98VL = 400 Vf = 50 Hz
Cph = µF
11.RC ve RL geçici rejimOrta
R = 33 Ωt = 0L68 mHi(t)

Bobin 1,5 A’lik sabit bir akım taşıyor. t = 0’da anahtar devreyi R üzerinden kapatır ve kaynak çıkarılır, böylece bobin akımı R üzerinden azalır. t = 5 ms anında R üzerindeki gerilim vR değerini bulun.

i(0) = 1,5 AR = 33 ΩL = 68 mHt = 5 ms
vR = V
12.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​15 Vt = 0R = 6,8 kΩC10 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 6 V vardır. t = 50 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.

Vs = 15 VR = 6,8 kΩC = 10 µFvC(0) = 6 Vt = 50 ms
vC = V
13.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 9 VR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
14.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 3 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAIs​5 ABRL​10 ΩIL​

a–b arasına RL = 10 Ω yük bağlanmıştır. Devrenin geri kalanını Thévenin eşdeğeriyle değiştirin ve yük akımı IL değerini bulun.

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩRL = 10 Ω
IL = A
15.Bode diyagramları ve paylarOrta
|H| (dB)0,11101001000−80−60−40−20020ω (rad/s)ω = 1

G(s) = 720/((s + 6)(s + 15)) fonksiyonunun ω = 1 rad/s’deki tam |G(jω)| genliğini dB cinsinden bulun.

G(s) = 720/((s + 6)(s + 15))ω = 1 rad/s
|G(jω)| = dB
16.Bode diyagramları ve paylarZor
|H| (dB)0,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​

Birim geri beslemeli bir çevrimin açık çevrim transfer fonksiyonu L(s) = K/(s(s + 7)(s + 9))’dır. 10 dB’lik bir kazanç payı veren K kazancını bulun.

L(s) = K/(s(s + 7)(s + 9))GM = 10 dB
K =

3Çözeltiler

1.Karmaşık sayılar

Cevap: θ = 166 °

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 = −4, b = 1 → II

Referans açı

α = atan(1/4) = 14,04°

Argüman

θ = 180° − α = 166°

Cevap

θ = 166°

Kutupsal biçimde z = 4,123∠166°.

2.Karmaşık sayılar

Cevap: Im(z³) = 8

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.

Kutupsal biçim

z = √3 + j = 2∠30°

De Moivre

z³ = (2)³∠90° = 8∠90°

Dikdörtgen biçim

z³ = 8·(cos 90° + j sin 90°) = j8
Im(z³) = 8

Cevap

Im(z³) = 8
3.AC empedans ve fazörler

Cevap: cos φ = 0,1054

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

XL = 157,1 Ω, XC = 723,4 Ω

Empedans

|Z| = √(60² + (−566,4)²) = 569,5 Ω

Güç faktörü

cos φ = R/|Z| = 60/569,5 = 0,1054
Devre kapasitiftir, bu yüzden güç faktörü ileridir.

Cevap

cos φ = 0,1054
4.AC empedans ve fazörler

Cevap: I = 0,1876 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.

Reaktans

XC = 1/(2π·200·4,7·10⁻⁶) = 169,3 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 = 84,04 − j74,45 Ω

Toplam empedans

Z = 20 + 84,04 − j74,45 = 104 − j74,45 Ω
|Z| = √(104² + 74,45²) = 127,9 Ω

Akım

I = V/|Z| = 24/127,9 = 0,1876 A

Cevap

I = 0,1876 A
5.AC güç ve güç faktörü

Cevap: P = 1152 W

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.

Akım

|Z| = √(8² + 6²) = 10 Ω
I = V/|Z| = 120/10 = 12 A

Aktif güç

P = I²·R = 12²·8 = 1152 W

Cevap

P = 1152 W
6.AC güç ve güç faktörü

Cevap: Inew = 52,63 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.

Önce ve sonra reaktif güç

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

Q1 = P·tan φ1 = 20·tan(53,13°) = 26,67 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 20·tan(18,19°) = 6,574 kvar
QC = Q1 − Q2 = 20,09 kvar

Yeni hat akımı

Inew = P/(V·cos φ2) = 20000/(400·0,95) = 52,63 A

Cevap

Inew = 52,63 A
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: WL = 594 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 × 10⁻⁶·24² = 0,0006336 J

Kondansatörde kalan enerji

½·2,2 × 10⁻⁶·6² = 3,96 × 10⁻⁵ J

Bobindeki enerji

WL = 0,000594 J = 594 µJ

Cevap

WL = 594 µJ
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: Q = 1,414

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.

Rezonans frekansı

f0 = √(900000·1,8 × 10⁶) = 1,273 × 10⁶ Hz

Bant genişliği

BW = 1,8 × 10⁶ − 900000 = 900000 Hz

Kalite faktörü

Q = 1,273 × 10⁶/900000 = 1,414

Cevap

Q = 1,414
9.Üç fazlı güç

Cevap: P = 110,6 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.

Faz gerilimi

Vph = VL = 480 V

Faz akımı

|Z| = √(4² + 3²) = 5 Ω
Iph = 480/5 = 96 A

Toplam aktif güç

Her empedansın yalnızca dirençli kısmı aktif güç harcar.

P = 3·Iph²·R = 3·96²·4 = 110,6 kW

Cevap

P = 110,6 kW

Kontrol: cos φ = R/|Z| = 0,8 ve √3·VL·IL·cos φ aynı gücü verir.

10.Üç fazlı güç

Cevap: Cph = 812,8 µF

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 0,7) = 50·1,02 = 51,01 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,98) = 50·0,2031 = 10,15 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 40,86 kvar

Faz başına kapasitans

Y grupta her kondansatör bir hat ile yıldız noktası arasına bağlıdır.

V = 400/√3 = 230,9 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 13619/(314,2·230,9²) = 812,8 µF

Cevap

Cph = 812,8 µF
11.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vR = 4,373 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 = 68 mH / 33 Ω = 2,061 ms

Akımın azalması

i(t) = 1,5·e−5/2,061 = 0,1325 A
vR = R·i = 33·0,1325 = 4,373 V

Cevap

vR = 4,373 V
12.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vC = 10,69 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 10 µF = 68 ms
vC(t) = 15 + (6 − 15)·e−t/τ

Verilen andaki gerilim

vC(50) = 15 + (−9)·e−50/68 = 10,69 V

Cevap

vC = 10,69 V
13.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 3 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.

R1​ = 8 ΩR3​ = 20 ΩKISA DEVRER2​4 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 8·4/(8+4) = 2,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,667 + 20 = 22,67 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAab+−Vth​

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) = 9·4/(8+4) = 3 V
14.Thévenin ve Norton

Cevap: IL = 2,966 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​ = 3 ΩR3​ = 10 ΩKISA DEVRER2​10 ΩAAÇIKBabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 3·10/(3+10) = 2,308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,308 + 10 = 12,31 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAIs​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) = 4,615 + 5·2,308 = 16,15 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16,15 + 5·10 = 66,15 V
Rth​ = 12,31 Ω+−Vth​66,15 VRL​10 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) = 66,15/(12,31 + 10) = 2,966 A
15.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: |G(jω)| = 17,92 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(j1)| = 720/(√(1² + 6²)·√(1² + 15²)) = 720/(6,083·15,03) = 7,874

Sonuç

20·log₁₀(7,874) = 17,92 dB

Cevap

|G(jω)| = 17,92 dB
16.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: K = 318,8

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/7)·(ω/9) = 1 → ω180 = √(7·9) = 7,937 rad/s

Faz kesişimindeki genlik

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 49)·√(ω² + 81)) = K/(7·9·(7 + 9)) = K/1008

Gerekli kazanç

1008/K = 1010/20 = 3,162
K = 1008/3,162 = 318,8

Cevap

K = 318,8

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