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
ReIm55−5−51010−10−10zABCD

Diyagram z = −4 − j3 sayısını gösteriyor. w = 2∠90° iken z·w sayısını temsil eden noktaya tıklayın.

z = −4 − j3w = 2∠90°
  1. 1A (−6 + j8)
  2. 2B (3 − j4)
  3. 3C (6 − j8)
  4. 4D (−8 − j6)
2.Karmaşık sayılarZor
ReIm11−1−122−2−2θz

z = √3 + j için z⁴ sayısının gerçel kısmını bulmak üzere De Moivre teoremini kullanın.

z = √3 + jn = 4
Re(z⁴) =
3.AC empedans ve fazörlerOrta
230 V60 HzR = 50 ΩL = 20 mHC = 100 µFI

Seri bir RLC devresi 230 V (rms), 60 Hz bir kaynağa bağlı. Kaynaktan çekilen aktif güç P değerini bulun.

V = 230 V (rms)f = 60 HzR = 50 ΩL = 20 mHC = 100 µF
P = W
4.AC empedans ve fazörlerZor
VfR = 15 ΩL = 5 mHC = 0,22 µF

Seri bir RLC devresinde R = 15 Ω, L = 5 mH ve C = 0,22 µF’tır. Rezonanstaki kalite faktörü Q değerini bulun.

R = 15 ΩL = 5 mHC = 0,22 µF
Q =
5.AC güç ve güç faktörüOrta
120 VZ9 + j12 ΩI

Empedansı Z = 9 + j12 Ω olan bir yük 120 V (rms)’lik tek fazlı bir kaynağa bağlıdır. Çektiği reaktif güç Q değerini bulun.

V = 120 VZ = 9 + j12 Ω
Q = var
6.AC güç ve güç faktörüZor
240 V50 Hzyük5 kW, 0,75C47 µFI = ?

Tek fazlı bir yük 240 V, 50 Hz’lik bir kaynaktan 0,75 geri güç faktöründe 5 kW çekiyor. Yüke paralel olarak 47 µF’lık bir kondansatör bağlanıyor. Yeni hat akımı I değerini bulun.

P = 5 kWpf1 = 0,75V = 240 Vf = 50 HzC = 47 µF
I = A
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiOrta
V5 Ω100 mH100 nF

Bir seri RLC devresinde R = 5 Ω, L = 100 mH ve C = 100 nF’dir. Bant genişliğini BW Hz cinsinden bulun.

R = 5 ΩL = 100 mHC = 100 nF
BW = Hz
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiZor
C = 220 pFr = 2 ΩL = 47 µH

Bir paralel tank devresi, 220 pF değerinde bir kondansatör ile sargı direnci 2 Ω olan 47 µH değerinde bir bobinden oluşuyor. Rezonansta bir direnç gibi davranır; dinamik direnci RD = L/(C·r). RD değerini kΩ cinsinden bulun.

L = 47 µHC = 220 pFr = 2 Ω
RD = kΩ
9.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 415 VNZ = 16 + j12 Ωfaz başına

Faz başına empedansı 16 + j12 Ω olan dengeli Y bağlı bir yük, fazlar arası gerilimi 415 V olan dengeli üç fazlı bir kaynağa bağlanmıştır. Yükün çektiği toplam aktif güç P değerini kW cinsinden bulun.

VL = 415 VZ = 16 + j12 Ω faz başına
P = kW
10.Üç fazlı güçZor
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Dengeli üç fazlı bir yük, 480 V (fazlar arası), 50 Hz bir kaynaktan 0,8 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. Kondansatör grubunun sağlaması gereken toplam reaktif güç QC değerini kvar cinsinden bulun.

P = 50 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,98VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
11.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​12 Vt = 0R = 47 ΩL150 mHi(t)

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 5 ms anında bobinde depolanan enerji W değerini mJ cinsinden bulun.

Vs = 12 VR = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms
W = mJ
12.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Bir zamanlayıcı, t = 0’da 12 V’luk bir kaynaktan bir direnç üzerinden yüksüz bir kondansatörü doldurmaya başlıyor. Kondansatör gerilimi 7,58 V’a ulaştığında, başlangıçtan tam 250 ms sonra tetiklemelidir. C = 47 µF ile gereken direnç R değerini bulun.

Vs = 12 VVth = 7,58 VT = 250 msC = 47 µF
R = kΩ
13.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAab

a–b uçlarından görülen Thévenin gerilimi Vth değerini bulun.

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
14.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAIs​1 ABab

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

V1 = 24 VIs = 1 AR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 Ω
IN = A
15.Bode diyagramları ve paylarOrta
vin​L = 1 mHC = 2,2 µFR = 2 Ωvout​

Gösterilen seri RLC bant geçiren filtrede çıkış R = 2 Ω üzerinden alınır, L = 1 mH ve C = 2,2 µF ile. Hz cinsinden −3 dB bant genişliğini BW bulun.

R = 2 ΩL = 1 mHC = 2,2 µF
BW = Hz
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) = 266/(s(s + 5)(s + 7))’dır. ∠L(jω) = −180° olduğu faz kesişim frekansını ω180 bulun.

L(s) = 266/(s(s + 5)(s + 7))
ω180 = rad/s

3Çözeltiler

1.Karmaşık sayılar

Cevap: C (6 − j8)

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 − j8 → C

Cevap

C (6 − j8)
2.Karmaşık sayılar

Cevap: Re(z⁴) = −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

z⁴ = (2)⁴∠120° = 16∠120°

Dikdörtgen biçim

z⁴ = 16·(cos 120° + j sin 120°) = −8 + j13,86
Re(z⁴) = −8

Cevap

Re(z⁴) = −8
3.AC empedans ve fazörler

Cevap: P = 924,7 W

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 = 7,54 Ω, XC = 26,53 Ω

Empedans

|Z| = √(50² + (−18,99)²) = 53,48 Ω

Aktif güç

Bobinler ve kondansatörler yalnızca enerji depolar ve geri verir; aktif gücün tamamını direnç harcar.

I = 230/53,48 = 4,3 A
P = I²·R = 4,3²·50 = 924,7 W

Cevap

P = 924,7 W
4.AC empedans ve fazörler

Cevap: Q = 10,05

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·√(0,005·0,22·10⁻⁶)) = 4799 Hz

Kalite faktörü

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/15)·√(0,005/(0,22·10⁻⁶)) = 10,05

Cevap

Q = 10,05
5.AC güç ve güç faktörü

Cevap: Q = 768 var

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| = √(9² + 12²) = 15 Ω
I = V/|Z| = 120/15 = 8 A

Reaktif güç

Q = I²·X = 8²·12 = 768 var

Cevap

Q = 768 var
6.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 25,57 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 = 5·tan(arccos 0,75) = 4,41 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·50·47·10⁻⁶ = 850,5 var = 0,8505 kvar
Q2 = 4,41 − 0,8505 = 3,559 kvar

Yeni görünür güç

S2 = √(5² + 3,559²) = 6,137 kVA

Yeni hat akımı

I = S2/V = 6137/240 = 25,57 A

Cevap

I = 25,57 A
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: BW = 7,958 Hz

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 = 5/0,1 = 50 rad/s

Hz cinsinden bant genişliği

BW = 50/(2π) = 7,958 Hz = 7,958 Hz

Cevap

BW = 7,958 Hz

f₀ = 1,592 kHz ile bu Q = 200 verir.

8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: RD = 106,8 kΩ

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.

Dinamik direnç

RD = 4,7 × 10⁻⁵/(2,2 × 10⁻¹⁰·2) = 106818 Ω = 106,8 kΩ

Q ile kontrol

Q = (1/r)·√(L/C) = 231,1, Q²·r = 106818 Ω

Cevap

RD = 106,8 kΩ
9.Üç fazlı güç

Cevap: P = 6,889 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 = 415/√3 = 239,6 V

Faz akımı

|Z| = √(16² + 12²) = 20 Ω
Iph = 239,6/20 = 11,98 A

Toplam aktif güç

Her empedansın yalnızca dirençli kısmı aktif güç harcar.

P = 3·Iph²·R = 3·11,98²·16 = 6,889 kW

Cevap

P = 6,889 kW

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

10.Üç fazlı güç

Cevap: QC = 27,35 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 0,8) = 50·0,75 = 37,5 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,98) = 50·0,2031 = 10,15 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 27,35 kvar

Cevap

QC = 27,35 kvar
11.RC ve RL geçici rejim

Cevap: W = 3,061 mJ

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 = 150 mH / 47 Ω = 3,191 ms
i(∞) = Vs/R = 12/47 = 0,2553 A

Verilen andaki akım

i(t) = 0,2553·(1 − e−5/3,191) = 0,202 A

Depolanan enerji

W = ½·L·i² = ½·150·0,202² = 3,061 mJ

Cevap

W = 3,061 mJ
12.RC ve RL geçici rejim

Cevap: R = 5,326 kΩ

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.

Gerekli zaman sabiti

7,58 = 12·(1 − e−250/τ) → τ = 250/ln(12/(12 − 7,58))
τ = 250/0,9988 = 250,3 ms

Direnç

kΩ çarpı µF milisaniye verir.

R = τ/C = 250,3/47 = 5,326 kΩ

Cevap

R = 5,326 kΩ
13.Thévenin ve Norton

Cevap: Vth = 2 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​ = 12 ΩR3​ = 3 ΩKISA DEVRER2​6 ΩAabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 12·6/(12+6) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 3 = 7 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​6 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) = 6·6/(12+6) = 2 V
14.Thévenin ve Norton

Cevap: IN = 1,96 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​ = 15 ΩR3​ = 5 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 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 5 = 12,5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAIs​1 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) = 12 + 1·7,5 = 19,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 19,5 + 1·5 = 24,5 V
IN​1,96 ARth​12,5 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 = 24,5/12,5 = 1,96 A
15.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: BW = 318,3 Hz

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.

Rezonans frekansı

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,001·2,2 × 10⁻⁶) = 21320 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 3393 Hz

Bant genişliği

BW = R/L = 2/0,001 = 2000 rad/s = 318,3 Hz

Cevap

BW = 318,3 Hz
16.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: ω180 = 5,916 rad/s

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/5)·(ω/7) = 1 → ω180 = √(5·7) = 5,916 rad/s

Cevap

ω180 = 5,916 rad/s

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