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
ReIm11−1−122−2−233−3−344−4−455−5−566−6−677−7−788−8−8zABCD

Diyagram z = −1 + j3 sayısını gösteriyor. w = 2∠90° iken z·w sayısını temsil eden noktaya tıklayın.

z = −1 + j3w = 2∠90°
  1. 1A (−3 − j)
  2. 2B (−2 + j6)
  3. 3C (−6 − j2)
  4. 4D (6 + j2)
2.Karmaşık sayılarZor
ReIm11−1−122−2−2θz

z = 1 + j√3 için z⁵ sayısının sanal kısmını bulmak üzere De Moivre teoremini kullanın.

z = 1 + j√3n = 5
Im(z⁵) =
3.AC empedans ve fazörlerOrta
100 V1000 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 2,2 µFI

Seri bir RLC devresi 100 V (rms), 1000 Hz bir kaynağa bağlı. Rms akım I değerini bulun.

V = 100 V (rms)f = 1000 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 2,2 µF
I = A
4.AC empedans ve fazörlerZor
VfR = 50 ΩL = 200 mHC = 0,022 µF

Seri bir RLC devresinde R = 50 Ω, L = 200 mH ve C = 0,022 µF’tır. Rezonanstaki kalite faktörü Q değerini bulun.

R = 50 ΩL = 200 mHC = 0,022 µF
Q =
5.AC güç ve güç faktörüOrta
120 VR + jXP = 900 W10 A

Endüktif bir yük, 120 V (rms)’lik tek fazlı bir kaynaktan 10 A ve 900 W çekiyor. Onu bir X reaktansına seri bağlı bir R direnci olarak modelleyin. X değerini bulun.

V = 120 VI = 10 AP = 900 W
X = Ω
6.AC güç ve güç faktörüZor
12 V50 HzRs​ = 25 ΩXs​ = j40 ΩZL​ = ?

12 V (rms), 50 Hz’lik bir kaynağın iç empedansı Zs = 25 + j40 Ω’dur. Yük empedansı ZL serbestçe seçilebilir. Yüke verilebilecek en büyük aktif güç Pmax değerini bulun.

Vs = 12 V (rms)f = 50 HzZs = 25 + j40 Ω
Pmax = W
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiOrta
V220 Ω22 mH100 pF

Bir seri RLC devresinde R = 220 Ω, L = 22 mH ve C = 100 pF’dir. Bant genişliğini BW kHz cinsinden bulun.

R = 220 ΩL = 22 mHC = 100 pF
BW = kHz
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiZor
VR = ?4,7 mHC

Bir seri rezonans devresi 4,7 mH değerinde bir bobin kullanıyor. Hangi toplam seri direnç R, 20 kHz bant genişliği verir?

L = 4,7 mHBW = 20 kHz
R = Ω
9.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 400 VIL​ = ?M37 kW, η = 91%cos φ = 0,85

Üç fazlı bir asenkron motor tam yükte 37 kW mekanik çıkış gücü veriyor. Bu yükte verimi %91 ve güç faktörü 0,85 geri. Kaynağın fazlar arası gerilimi 400 V. Hat akımı IL değerini bulun.

Pout = 37 kWη = 91%cos φ = 0,85VL = 400 V
IL = A
10.Üç fazlı güçZor
P = 200 kWφ1​S1​Q2​QC​

Dengeli üç fazlı bir yük, 400 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,78 geri güç faktöründe 200 kW çekiyor. Yüke paralel bağlanan üç fazlı bir kondansatör grubu toplam güç faktörünü 0,95 geriye yükseltmelidir. Aktif güç aynı kalır. Kondansatörler Y bağlıdır. Her kondansatörün kapasitansı Cph değerini µF cinsinden bulun.

P = 200 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,95VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
11.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​5 Vt = 0R = 33 ΩL22 mHi(t)

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 1 ms anında i akımını bulun.

Vs = 5 VR = 33 ΩL = 22 mHt = 1 ms
i = A
12.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​30 Vt = 0’da açılırR1​ = 10 kΩR2​ = 10 kΩC220 µF+−vC​

Anahtar uzun süredir kapalıdır, bu yüzden devre kararlı hâldedir. t = 0’da anahtar açılır. t = 1000 ms anında kondansatör gerilimi vC değerini bulun.

Vs = 30 VR1 = 10 kΩR2 = 10 kΩC = 220 µFt = 1000 ms
vC = V
13.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin direnci Rth değerini bulun.

V1 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
14.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​36 VR2​8 ΩAIs​4 ABab

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

V1 = 36 VIs = 4 AR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
15.Bode diyagramları ve paylarOrta
|H| (dB)0,010,11101001000−80−60−40−20020ω (rad/s)ω = 0,5

G(s) = 342/((s + 2)(s + 19)) fonksiyonunun ω = 0,5 rad/s’deki tam |G(jω)| genliğini dB cinsinden bulun.

G(s) = 342/((s + 2)(s + 19))ω = 0,5 rad/s
|G(jω)| = dB
16.Bode diyagramları ve paylarZor
|H| (dB)0,10,1111010100100−60−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​

Birim geri beslemeli bir çevrimin açık çevrim transfer fonksiyonu L(s) = 636/(s(s + 7)(s + 9))’dır. Kazanç payını GM dB cinsinden bulun.

L(s) = 636/(s(s + 7)(s + 9))
GM = dB

3Çözeltiler

1.Karmaşık sayılar

Cevap: C (−6 − 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| = 2·|z|, arg(z·w) = arg z + 90°

Nokta

z·w = −6 − j2 → C

Cevap

C (−6 − j2)
2.Karmaşık sayılar

Cevap: Im(z⁵) = −27,71

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 = 1 + j√3 = 2∠60°

De Moivre

z⁵ = (2)⁵∠300° = 32∠−60°

Dikdörtgen biçim

z⁵ = 32·(cos −60° + j sin −60°) = 16 − j27,71
Im(z⁵) = −27,71

Cevap

Im(z⁵) = −27,71
3.AC empedans ve fazörler

Cevap: I = 0,178 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·1000 = 6283 rad/s
XL = ωL = 6283·0,1 = 628,3 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(6283·2,2·10⁻⁶) = 72,34 Ω

Empedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(80² + (556)²) = 561,7 Ω

Akım

Seri devrenin her elemanından aynı akım geçer.

I = V/|Z| = 100/561,7 = 0,178 A

Cevap

I = 0,178 A
4.AC empedans ve fazörler

Cevap: Q = 60,3

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.

Rezonans frekansı

f0 = 1/(2π·√(0,2·0,022·10⁻⁶)) = 2399 Hz

Kalite faktörü

Q, rezonanstaki reaktansı dirençle karşılaştırır: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/50)·√(0,2/(0,022·10⁻⁶)) = 60,3

Cevap

Q = 60,3
5.AC güç ve güç faktörü

Cevap: X = 7,937 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 = 900/10² = 9 Ω

Empedanstan reaktans

|Z| = V/I = 120/10 = 12 Ω
X = √(|Z|² − R²) = √(12² − 9²) = 7,937 Ω

Cevap

X = 7,937 Ω
6.AC güç ve güç faktörü

Cevap: Pmax = 1,44 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.

Eşlenik uyum

Yük reaktansı kaynak reaktansını götürür ve yük direnci kaynak direncine eşittir.

ZL = Zs* = 25 − j40 Ω

En büyük güç

I = Vs/(2Rs) = 12/50 = 0,24 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 12²/(4·25) = 1,44 W

Cevap

Pmax = 1,44 W
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: BW = 1,592 kHz

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.

rad/s cinsinden bant genişliği

R/L = 220/0,022 = 10000 rad/s

Hz cinsinden bant genişliği

BW = 10000/(2π) = 1592 Hz = 1,592 kHz

Cevap

BW = 1,592 kHz

f₀ = 107,3 kHz ile bu Q = 67,42 verir.

8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: R = 590,6 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·0,0047·20000 = 590,6 Ω

Cevap

R = 590,6 Ω
9.Üç fazlı güç

Cevap: IL = 69,04 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 = 37/0,91 = 40,66 kW

Hat akımı

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 40659/(√3·400·0,85) = 69,04 A

Cevap

IL = 69,04 A
10.Üç fazlı güç

Cevap: Cph = 1570 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 = 200·tan(acos 0,78) = 200·0,8023 = 160,5 kvar
Q2 = 200·tan(acos 0,95) = 200·0,3287 = 65,74 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 94,72 kvar

Faz başına kapasitans

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

V = 400/√3 = 230,9 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 31573/(377·230,9²) = 1570 µF

Cevap

Cph = 1570 µF
11.RC ve RL geçici rejim

Cevap: i = 0,1177 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.

τ = L/R = 22 mH / 33 Ω = 0,6667 ms
i(∞) = Vs/R = 5/33 = 0,1515 A

Verilen andaki akım

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,1515·(1 − e−1/0,6667) = 0,1177 A

Cevap

i = 0,1177 A
12.RC ve RL geçici rejim

Cevap: vC = 9,521 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.

vC(0) = 30·10/(10 + 10) = 15 V

Anahtar açıldıktan sonraki zaman sabiti

τ = R2·C = 10·220 = 2200 ms

Boşalma

vC(t) = 15·e−1000/2200 = 9,521 V

Cevap

vC = 9,521 V
13.Thévenin ve Norton

Cevap: Rth = 15,71 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​ = 10 ΩKISA DEVRER2​8 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 20·8/(20+8) = 5,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,714 + 10 = 15,71 Ω
14.Thévenin ve Norton

Cevap: IN = 5,125 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​ = 12 ΩR3​ = 8 ΩKISA DEVRER2​8 ΩAAÇIKBabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 12·8/(12+8) = 4,8 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,8 + 8 = 12,8 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​36 VR2​8 ΩAIs​4 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) = 14,4 + 4·4,8 = 33,6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 33,6 + 4·8 = 65,6 V
IN​5,125 ARth​12,8 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 = 65,6/12,8 = 5,125 A
15.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: |G(jω)| = 18,82 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(j0,5)| = 342/(√(0,5² + 2²)·√(0,5² + 19²)) = 342/(2,062·19,01) = 8,728

Sonuç

20·log₁₀(8,728) = 18,82 dB

Cevap

|G(jω)| = 18,82 dB
16.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: GM = 4 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.

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

Kazanç payı

GM = 20·log₁₀(1008/636) = 4 dB

Cevap

GM = 4 dB

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