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 = 5·ej0,6 sayısının açısı radyan cinsindendir. Sanal kısmını bulun: b.

r = 5θ = 0,6 rad
b =
2.Karmaşık sayılarZor
ReIm22−2−244−4−4z₁z₂

z³ − 11z² + 49z − 75 = 0 denkleminin köklerinden biri z₁ = 4 + j3’dir. Katsayılar gerçeldir. Gerçel kökü, r, bulun.

z₁ = 4 + j3
r =
3.AC empedans ve fazörlerOrta
10 V500 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 47 µFI

Seri bir RLC devresi 10 V (rms), 500 Hz bir kaynağa bağlı. Rms akım I değerini bulun.

V = 10 V (rms)f = 500 HzR = 50 ΩL = 50 mHC = 47 µF
I = A
4.AC empedans ve fazörlerZor
230 V1000 HzR = 100 ΩL = 20 mHC = 10 µF

Seri bir RLC devresi 230 V (rms), 1000 Hz bir kaynağa bağlı. Devrenin rezonans frekansı f0 değerini bulun.

V = 230 V (rms)f = 1000 HzR = 100 ΩL = 20 mHC = 10 µF
f0 = Hz
5.AC güç ve güç faktörüOrta
230 V114 kW, 0,85221 kW, 1I

230 V’luk tek fazlı bir kaynağa iki yük paralel bağlıdır: 0,85 geri güç faktörlü 14 kW’lık bir yük ve 21 kW’lık bir ısıtıcı (birim güç faktörü). Kaynağın gördüğü toplam güç faktörü cos φ değerini bulun.

V = 230 VP1 = 14 kW, pf1 = 0,85 geriP2 = 21 kW, pf2 = 1
cos φ =
6.AC güç ve güç faktörüZor
230 V50 Hzyük13 kW, 0,7C220 µFI = ?

Tek fazlı bir yük 230 V, 50 Hz’lik bir kaynaktan 0,7 geri güç faktöründe 13 kW çekiyor. Yüke paralel olarak 220 µF’lık bir kondansatör bağlanıyor. Yeni hat akımı I değerini bulun.

P = 13 kWpf1 = 0,7V = 230 Vf = 50 HzC = 220 µF
I = A
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiOrta
V1 Ω1 mH1 µF

Bir seri RLC devresinde R = 1 Ω, L = 1 mH ve C = 1 µF’dir. Bant genişliğini BW Hz cinsinden bulun.

R = 1 ΩL = 1 mHC = 1 µF
BW = Hz
8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliğiZor
C = 4,7 nFR = 1 ΩL = 22 µH

Yüklü bir 4,7 nF kondansatör, toplam seri direnci 1 Ω olan bir 22 µH 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 = 22 µHC = 4,7 nFR = 1 Ω
n =
9.Üç fazlı güçOrta
ABCVL​ = 480 VZ = 9 + j12 Ωfaz başına

Faz başına empedansı 9 + j12 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 = 9 + j12 Ω faz başına
P = kW
10.Üç fazlı güçZor
P = 60 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Dengeli üç fazlı bir yük, 415 V (fazlar arası), 60 Hz bir kaynaktan 0,7 geri güç faktöründe 60 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 = 60 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,9VL = 415 Vf = 60 Hz
QC = kvar
11.RC ve RL geçici rejimOrta
+−Vs​15 Vt = 0R = 50 ΩL22 mHi(t)

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. Anahtar kapandıktan ne kadar sonra akım son değerinin %75’ine ulaşır? t değerini bulun.

Vs = 15 VR = 50 ΩL = 22 mH
t = ms
12.RC ve RL geçici rejimZor
+−Vs​9 VR1​ = 5 ΩR2​ = 33 Ωt = 0’da kapanırL22 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 = 0’dan ne kadar sonra bobin akımı 0,862 A’e ulaşır? t değerini bulun.

Vs = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 33 ΩL = 22 mH
t = ms
13.Thévenin ve NortonOrta
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAab

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

V1 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
14.Thévenin ve NortonZor
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​0,5 ABab

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

V1 = 24 VIs = 0,5 AR1 = 4 ΩR2 = 25 ΩR3 = 2 Ω
IN = A
15.Bode diyagramları ve paylarOrta
vin​L = 2 mHC = 2,2 µFR = 5 Ωvout​

Gösterilen seri RLC bant geçiren filtrede çıkış R = 5 Ω üzerinden alınır, L = 2 mH ve C = 2,2 µF ile. Hz cinsinden merkez (rezonans) frekansını f0 bulun.

R = 5 ΩL = 2 mHC = 2,2 µF
f0 = Hz
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) = K/(s(s + 5)(s + 9))’dır. 2 dB’lik bir kazanç payı veren K kazancını bulun.

L(s) = K/(s(s + 5)(s + 9))GM = 2 dB
K =

3Çözeltiler

1.Karmaşık sayılar

Cevap: b = 2,823

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.

Euler formülü

z = 5·(cos 0,6 + j sin 0,6)

Bileşenler (radyan)

a = 5·cos 0,6 = 4,127
b = 5·sin 0,6 = 2,823
b = 2,823

Cevap

b = 2,823
2.Karmaşık sayılar

Cevap: r = 3

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.

Eşlenik çifti

z₂ = 4 − j3
(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·4·z + (4² + 3²) = z² − 8z + 25

İkinci dereceden çarpanı ayırın

z³ − 11z² + 49z − 75 = (z² − 8z + 25)(z − 3)

Gerçel kök

r = 3

Cevap

r = 3

Köklerin toplamıyla denetleyin: z₁ + z₂ + r = 8 + 3 = 11 = −(−11).

3.AC empedans ve fazörler

Cevap: I = 0,06313 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·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0,05 = 157,1 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·47·10⁻⁶) = 6,773 Ω

Empedans

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(50² + (150,3)²) = 158,4 Ω

Akım

Seri devrenin her elemanından aynı akım geçer.

I = V/|Z| = 10/158,4 = 0,06313 A

Cevap

I = 0,06313 A
4.AC empedans ve fazörler

Cevap: f0 = 355,9 Hz

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

Rezonansta endüktif ve kapasitif reaktanslar birbirini götürür: ωL = 1/(ωC). Kaynak frekansı önemli değildir.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,02·10·10⁻⁶)) = 355,9 Hz

Cevap

f0 = 355,9 Hz
5.AC güç ve güç faktörü

Cevap: cos φ = 0,9706

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.

Her yükün reaktif gücü

Geri güç faktörlü yük reaktif güç çeker (Q > 0); ileri güç faktörlü yük reaktif güç verir (Q < 0).

Q1 = 14·tan(arccos 0,85) = 8,676 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar

Toplamlar

P = 14 + 21 = 35 kW
Q = 8,676 + 0 = 8,676 kvar
S = √(35² + 8,676²) = 36,06 kVA

Toplam güç faktörü

cos φ = P/S = 35/36,06 = 0,9706 geri

Cevap

cos φ = 0,9706
6.AC güç ve güç faktörü

Cevap: I = 70,28 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 = 13·tan(arccos 0,7) = 13,26 kvar
QC = V²·2πf·C = 230²·2π·50·220·10⁻⁶ = 3656 var = 3,656 kvar
Q2 = 13,26 − 3,656 = 9,606 kvar

Yeni görünür güç

S2 = √(13² + 9,606²) = 16,16 kVA

Yeni hat akımı

I = S2/V = 16164/230 = 70,28 A

Cevap

I = 70,28 A
7.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: BW = 159,2 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 = 1/0,001 = 1000 rad/s

Hz cinsinden bant genişliği

BW = 1000/(2π) = 159,2 Hz = 159,2 Hz

Cevap

BW = 159,2 Hz

f₀ = 5,033 kHz ile bu Q = 31,62 verir.

8.LC rezonansı, Q çarpanı ve bant genişliği

Cevap: n = 15,1

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 = 2·2,2 × 10⁻⁵·ln 2/1 = 3,05 × 10⁻⁵ s

Çevrim sayısı

n = t·f0 = 3,05 × 10⁻⁵·494948 = 15,1

Cevap

n = 15,1

Kısayol: Q = 68,42 ile n = Q·ln 2/π.

9.Üç fazlı güç

Cevap: P = 27,65 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| = √(9² + 12²) = 15 Ω
Iph = 480/15 = 32 A

Toplam aktif güç

Her empedansın yalnızca dirençli kısmı aktif güç harcar.

P = 3·Iph²·R = 3·32²·9 = 27,65 kW

Cevap

P = 27,65 kW

Kontrol: cos φ = R/|Z| = 0,6 ve √3·VL·IL·cos φ aynı gücü verir.

10.Üç fazlı güç

Cevap: QC = 32,15 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 = 60·tan(acos 0,7) = 60·1,02 = 61,21 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0,9) = 60·0,4843 = 29,06 kvar

Kondansatörlerin sağladığı reaktif güç

QC = Q1 − Q2 = 32,15 kvar

Cevap

QC = 32,15 kvar
11.RC ve RL geçici rejim

Cevap: t = 0,61 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 = 22 mH / 50 Ω = 0,44 ms
i(∞) = Vs/R = 15/50 = 0,3 A

Zaman için çözün

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −0,44·ln(0,25) = 0,61 ms

Cevap

t = 0,61 ms
12.RC ve RL geçici rejim

Cevap: t = 2,247 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.

Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti

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

i(0) = 9/(5 + 33) = 0,2368 A
i(∞) = 9/5 = 1,8 A
τ = L/R = 22/5 = 4,4 ms
i(t) = 1,8 + (0,2368 − 1,8)·e−t/τ

Zaman için çözün

e−t/τ = (0,862 − 1,8)/(0,2368 − 1,8) = 0,6001
t = 4,4·ln(1,666) = 2,247 ms

Cevap

t = 2,247 ms
13.Thévenin ve Norton

Cevap: IN = 0,6757 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​ = 6 ΩR3​ = 4 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 = 6·5/(6+5) = 2,727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 4 = 6,727 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​5 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) = 10·5/(6+5) = 4,545 V
IN​0,6757 ARth​6,727 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 = 4,545/6,727 = 0,6757 A
14.Thévenin ve Norton

Cevap: IN = 3,297 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​ = 4 ΩR3​ = 2 ΩKISA DEVRER2​25 ΩAAÇIKBabRth​

Tüm kaynaklar kapalıyken Rth’yi bulun

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

R1 ∥ R2 = 4·25/(4+25) = 3,448 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,448 + 2 = 5,448 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​0,5 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) = 20,69 + (−0,5)·3,448 = 18,97 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 18,97 + (−0,5)·2 = 17,97 V
IN​3,297 ARth​5,448 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 = 17,97/5,448 = 3,297 A
15.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: f0 = 2399 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/√(0,002·2,2 × 10⁻⁶) = 15076 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 2399 Hz

Cevap

f0 = 2399 Hz
16.Bode diyagramları ve paylar

Cevap: K = 500,4

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/9) = 1 → ω180 = √(5·9) = 6,708 rad/s

Faz kesişimindeki genlik

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 25)·√(ω² + 81)) = K/(5·9·(5 + 9)) = K/630

Gerekli kazanç

630/K = 102/20 = 1,259
K = 630/1,259 = 500,4

Cevap

K = 500,4

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