Elektronik 1: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 14 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorular Derse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Diyotlar ve transistörler

Diyot (sabit gerilim düşümü): V_D = 0,7 V when conducting
Aktif bölge: V_BE = 0,7 V, I_C = β·I_B, I_E = (β + 1)·I_B
Sabit kutuplama: I_B = (V_CC − 0,7)/R_B
Gerilim bölücülü kutuplama: I_B = (V_TH − 0,7)/(R_TH + (β + 1)R_E)
Bölücünün Thévenin eşdeğeri: V_TH = V_CC·R₂/(R₁ + R₂), R_TH = R₁∥R₂
Kolektör çevresi: V_CE = V_CC − I_CR_C − I_ER_E
Doyum: I_C(sat) = (V_CC − V_CE(sat))/R_C, I_B ≥ I_C(sat)/β

Op-amp devreleri

Eviren yükselteç: V_out = −(R_f/R_in)·V_in
Evirmeyen yükselteç: V_out = (1 + R_f/R₁)·V_in
Toplayıcı yükselteç: V_out = −R_f(V₁/R₁ + V₂/R₂)
İdeal op-amp: V₊ = V₋, I_in = 0

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; v_C ani değişemez
DC’de bobin: kısa devre; i_L ani değişemez
Kalıcı durum: t ≈ 5τ

Yöntem

Anahtarlamadan hemen sonraki başlangıç değerini bulun: kondansatör gerilimi ve bobin akımı ani değişemez.
Anahtarlamadan çok sonraki son değeri bulun: kondansatör açık devre, bobin kısa devre gibi davranır.
Zaman sabitini bulun: kondansatörün veya bobinin gördüğü direnci kullanarak τ = RC veya τ = L/R.
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ kullanın.

Seri ve paralel dirençler

Seri dirençler: R_eq = R₁ + R₂ + …
Paralel dirençler: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + …
İki paralel direnç: R_eq = R₁R₂ / (R₁ + R₂)
Ohm yasası: V = I·R
Güç: P = V·I = I²R = V²/R

Yöntem

Ağın uçlardan en uzak ucundan başlayın.
Seri dirençleri toplayarak, paralel dirençleri 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … ile birleştirin.
Her adımdan sonra devreyi yeniden çizin.
Uçlar arasında tek bir direnç kalana kadar tekrarlayın.

DC–DC dönüştürücüler

Alçaltıcı: V_o = D·V_in
Yükseltici: V_o = V_in/(1 − D)
Eviren alçaltıcı-yükseltici: |V_o| = V_in·D/(1 − D)
İdeal güç dengesi: V_inI_in = V_oI_o
Bobin dalgalanması: ΔI_L = V_L,on·D/(L·f); buck V_in − V_o, boost and buck-boost V_in
Ortalama bobin akımı: alçaltıcı I_o; yükseltici ve alçaltıcı-yükseltici I_o/(1 − D)
Çıkış dalgalanması: alçaltıcı ΔI_L/(8fC); yükseltici ve alçaltıcı-yükseltici I_o·D/(fC)
CCM sınırı: alçaltıcı (1 − D)R/(2f); yükseltici D(1 − D)²R/(2f); alçaltıcı-yükseltici (1 − D)²R/(2f)

Yöntem

Dönüştürücüyü (alçaltıcı, yükseltici veya alçaltıcı-yükseltici) ve D görev oranını gerilim oranından belirleyin.
Bobinde volt-saniye dengesini kullanın: bir periyot boyunca ortalama bobin gerilimi sıfırdır.
Anahtar iletimdeyken bobin gerilimini bulun, sonra ΔI_L = V_L·D/(L·f).
Çıkış dalgalanması için kondansatöre giren ve çıkan yükü bulun; CCM sınırı için ortalama bobin akımını ΔI_L/2’ye eşitleyin.

Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerler

Bölücü gerilimleri: V_a = V_sR₂/(R₁ + R₂), V_b = V_sR₄/(R₃ + R₄)
Çıkarılan: V_ab = V_a − V_b
Denge: R₁/R₂ = R₃/R₄
Kayar telli köprü: R/R_x = l/(100 − l)
Thévenin direnci: R_th = R₁∥R₂ + R₃∥R₄
Gerinim ölçer çarpanı: ΔR/R = GF·ε
Köprü çıkışı: çeyrek V_s·GF·ε/4, yarım V_s·GF·ε/2, tam V_s·GF·ε
Küçük değişim, tek kol: V_ab ≈ V_s·ΔR/(4R)
Gerilme: σ = E·ε

Yöntem

Köprüyü aynı kaynağa bağlı iki gerilim bölücü olarak ele alın.
Denge için R₁/R₂ = R₃/R₄ yazın ve bilinmeyen direnci çözün.
Dengesiz bir köprüde V_a ve V_b’yi bölücülerden bulup çıkarın; çıkışı bir ölçü aleti yüklüyorsa Thévenin eşdeğerini kullanın.
Gerinim ölçerlerde gerinimi ΔR/R = GF·ε’ye çevirin ve çeyrek, yarım veya tam köprü için sırasıyla V_s·GF·ε/4, /2 veya ×1 kullanın.

Sayısal mantık: kapılar, K-haritaları ve flip-floplar

Temel kapılar: A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Boole kuralları: X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan: (X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Karnaugh haritası sırası: 00, 01, 11, 10 (Gray code)
2ᵏ hücrelik grup: k değişken kaybeder
4’ten 1’e çoklayıcı: F = A′B′I₀ + A′BI₁ + AB′I₂ + ABI₃
Flip-floplar: D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Sayıcılar: n bit: 2ⁿ durum; mod-N: 2ⁿ ≥ N olan en küçük n; f_çıkış = f_clk/N
Dalgacık (ripple) sayıcı: f_max = 1/(n·t_pd)
Halka ve Johnson sayıcılar: n ve 2n durum

Yöntem

Bir devre için girişlerden çıkışa doğru her seferinde bir kapı olacak şekilde çalışın ve her telin üzerine değeri yazın ya da ifadesini yazıp doğruluk tablosunu doldurun.
Sadeleştirme için 1’leri (ve fark etmez durumlarını X olarak) Gray kodlu satır ve sütunlara, 00, 01, 11, 10, sahip bir Karnaugh haritasına koyun.
1’leri kenarlardan dolanarak 1, 2, 4, 8 ya da 16 hücrelik olabildiğince az ve olabildiğince büyük gruplarla kapsayın; her grup, sabit kalan değişkenlerden oluşan bir çarpım terimidir. POS biçimi için 0’ları gruplayın.
Flip-floplar ve sayıcılar için girişleri her etkin saat kenarında okuyun, her kenardan sonra durumu yazın ve n bitlik bir sayıcının 2ⁿ durumdan sonra başa sardığını unutmayın.

2Alıştırma soruları

1.Diyotlar ve transistörlerOrta

9,1 V’luk bir Zener regülatörü 330 Ω üzerinden 18 V’tan besleniyor ve 1500 Ω’luk bir yükü besliyor. Zener akımını I_Z bulun.

V_in = 18 VV_Z = 9,1 VR = 330 ΩR_L = 1500 Ω

I_Z = mA

2.Diyotlar ve transistörlerZor

3,3 V’luk bir Zener regülatörünün 270 Ω’luk bir seri direnci var. Giriş 15 V’a kadar çıkabilir ve yük bağlantısı kesilebilir. Zener’in harcaması gereken en büyük gücü P_Z,max bulun.

V_in,max = 15 VV_Z = 3,3 VR = 270 Ω

P_Z,max = mW

3.Op-amp devreleriOrta

Op-amp idealdir ve ±15 V ile beslenir. Çıkış gerilimi V_out değerini bulun.

V_in = −3 VR_a = 4,7 kΩR_b = 10 kΩR₁ = 10 kΩR_f = 47 kΩ

V_out = V

4.Op-amp devreleriZor

Toplayıcı yükselteç, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır. Çıkış gerilimi V_out değerini bulun.

V₁ = 1,6 VV₂ = 0,5 VR₁ = 2 kΩR₂ = 1 kΩR_f = 4,7 kΩ

V_out = V

5.RC ve RL geçici rejimOrta

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 1 ms anında bobinde depolanan enerji W değerini mJ cinsinden bulun.

V_s = 20 VR = 50 ΩL = 10 mHt = 1 ms

W = mJ

6.RC ve RL geçici rejimZor

R₂ üzerindeki anahtar uzun süredir açıktır, bu yüzden bobin akımı sabittir. t = 0’da anahtar kapanır ve R₂ direncini kısa devre eder. t = 5 ms anında bobin akımı i değerini bulun.

V_s = 6 VR₁ = 47 ΩR₂ = 47 ΩL = 100 mHt = 5 ms

i = A

7.Seri ve paralel dirençlerOrta

Kaynağın verdiği ve R₁ üzerinden geçen I_R1 akımını bulun.

V₁ = 12 VR₁ = 10 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 20 ΩR₄ = 12 Ω

I_R1 = A

8.Seri ve paralel dirençlerZor

Kaynağın verdiği ve R₁ üzerinden geçen I_R1 akımını bulun.

V₁ = 10 VR₁ = 25 ΩR₂ = 2 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 8 ΩR₅ = 12 ΩR₆ = 2 Ω

I_R1 = A

9.DC–DC dönüştürücülerOrta

İdeal bir eviren alçaltıcı-yükseltici dönüştürücü, 200 kHz’te ve L = 68 µH ile 36 V’u −108 V’a çeviriyor. Bobin dalgalanma akımının tepeden tepeye değerini (ΔI_L) bulun.

Vin = 36 VVo = −108 Vf = 200 kHzL = 68 µH

ΔI_L = A

10.DC–DC dönüştürücülerZor

İdeal bir yükseltici dönüştürücü, 2 Ω’luk bir yük için 100 kHz’te 36 V’u 48 V’a çeviriyor. Sürekli iletim için en küçük endüktansı (L_crit) bulun.

Vin = 36 VVo = 48 Vf = 100 kHzR = 2 Ω

L_crit = µH

11.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerlerOrta

220 Ω’luk bir gerinim ölçer, dört kolu eşit 220 Ω olan ve 5 V uyarma gerilimi uygulanan bir köprünün bir koludur (R₂). Gerinim ölçerde harcanan gücü (P_g) mW cinsinden bulun. Kendi kendine ısınma, uyarma gerilimini sınırlar.

V_s = 5 VR = 220 Ω

P_g = mW

12.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerlerZor

Bir yük hücresinin (gerinim ölçerlerden oluşan tam köprü) anma yükü 500 kg’da anma çıkışı 2 mV/V’tur. 10 V ile uyarılıyor. 375 kg’lık yük altındaki çıkışını (V_o) bulun.

2 mV/VF_rated = 500 kgV_s = 10 VF = 375 kg

V_o = mV

13.Sayısal mantık: kapılar, K-haritaları ve flip-floplarOrta

F(A, B, C) = Σm(1, 5, 7) fonksiyonunun en küçük çarpımlar toplamı (SOP) biçimini bulmak için Karnaugh haritasını kullanın. Kaç çarpım terimi (N) vardır?

F(A, B, C) = Σm(1, 5, 7)

N =

14.Sayısal mantık: kapılar, K-haritaları ve flip-floplarZor

d fark etmez (don’t-care) durumlarını gösterirken F(A, B, C, D) = Σm(1, 5, 11, 12) + d(6, 14) fonksiyonu için temel asal implikantların sayısını, N, bulun.

F(A, B, C, D) = Σm(1, 5, 11, 12) + d(6, 14)

N =

3Çözeltiler

1.Diyotlar ve transistörler

Cevap: I_Z = 20,9 mA

Zener regülatörü: ters öngerilimli bir Zener diyot, akımı en küçük I_Z,min değerinin üzerinde kaldığı sürece V_Z gerilimini tutar. R seri direnci, giriş ile çıkış arasındaki farkı alır: I_R = (V_in − V_Z)/R. Bu akım yük, I_L = V_Z/R_L, ile Zener arasında bölünür: I_Z = I_R − I_L. En kötü durumlara göre tasarlayın: en büyük yükte en düşük giriş yine de I_Z,min bırakmalı, yüksüz durumda en yüksek giriş ise en büyük Zener gücünü P_Z = V_Z·I_Z verir.

Direnç akımı

I_R = 8,9/330 = 26,97 mA

Yük akımı

I_L = 9,1/1500 = 6,067 mA

Zener akımı

I_Z = 26,97 − 6,067 = 20,9 mA

Cevap

I_Z = 20,9 mA

2.Diyotlar ve transistörler

Cevap: P_Z,max = 143 mW

En kötü durum Zener akımı

I_Z = 11,7/270 = 43,33 mA

Zener gücü

P_Z = 3,3·43,33 = 143 mW

Cevap

P_Z,max = 143 mW

3.Op-amp devreleri

Cevap: V_out = −11,63 V

İdeal op-amp kuralları: negatif geri beslemeyle op-amp çıkışını iki girişi aynı gerilimde olacak şekilde sürer (V₋ = V₊) ve hiçbir girişe akım girmez. Bu iki gerçekle eviren girişte KAY yazmak çıkışı verir.

+ girişindeki gerilim

V₊ = V_in·R_b/(R_a + R_b) = −3·10/(4,7 + 10) = −2,041 V

Evirmeyen kazanç

V₋ = V₊ ve R₁’den geçen akım R_f’den de geçer.

V_out = V₊·(1 + R_f/R₁) = −2,041·(1 + 47/10) = −11,63 V

Cevap

V_out = −11,63 V

4.Op-amp devreleri

Cevap: V_out = −6,11 V

Giriş akımları

V₋ = 0, bu yüzden her giriş direncinin üzerinde kendi giriş geriliminin tamamı vardır.

I₁ = V₁/R₁ = 1,6/2 = 0,8 mA

I₂ = V₂/R₂ = 0,5/1 = 0,5 mA

I_f = I₁ + I₂ = 1,3 mA

Çıkış gerilimi

V_out = −R_f·I_f = −4,7·1,3 = −6,11 V

Cevap

V_out = −6,11 V

5.RC ve RL geçici rejim

Cevap: W = 0,7893 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 = 10 mH / 50 Ω = 0,2 ms

i(∞) = V_s/R = 20/50 = 0,4 A

Verilen andaki akım

i(t) = 0,4·(1 − e^−1/0,2) = 0,3973 A

Depolanan enerji

W = ½·L·i² = ½·10·0,3973² = 0,7893 mJ

Cevap

W = 0,7893 mJ

6.RC ve RL geçici rejim

Cevap: i = 0,1216 A

Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti

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

i(0) = 6/(47 + 47) = 0,06383 A

i(∞) = 6/47 = 0,1277 A

τ = L/R = 100/47 = 2,128 ms

i(t) = 0,1277 + (0,06383 − 0,1277)·e^−t/τ

Verilen andaki akım

i(5) = 0,1277 + (−0,06383)·e^−5/2,128 = 0,1216 A

Cevap

i = 0,1216 A

7.Seri ve paralel dirençler

Cevap: I_R1 = 0,5379 A

Seri ve paralel dirençler: seride her dirençten aynı akım geçer ve R = R₁ + R₂ + …. Paralelde her direncin gerilimi aynıdır ve 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Merdiven ağı, tek bir eşdeğer direnç kalana kadar çift çift indirgenir.

Dirençleri en uzak uçtan birleştirin

Kaynağa en uzak uçtan başlayıp ona doğru geri gelin. Aynı akımı taşıyan dirençler seri; aynı iki düğüm arasındaki dirençler paraleldir.

R₃ + R₄ = 20 + 12 = 32 Ω

R₂ ∥ 32 = 20·32/(20+32) = 12,31 Ω

R_eq = R₁ + 12,31 = 10 + 12,31 = 22,31 Ω

Kaynaktan çekilen akım

Kaynak yalnızca R_eq’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.

I_R1 = V₁/R_eq = 12/22,31 = 0,5379 A

Cevap

I_R1 = 0,5379 A

8.Seri ve paralel dirençler

Cevap: I_R1 = 0,3759 A

Dirençleri en uzak uçtan birleştirin

Kaynağa en uzak uçtan başlayıp ona doğru geri gelin. Aynı akımı taşıyan dirençler seri; aynı iki düğüm arasındaki dirençler paraleldir.

R₅ + R₆ = 12 + 2 = 14 Ω

R₄ ∥ 14 = 5,091 Ω

R₃ + 5,091 = 8,091 Ω

R₂ ∥ 8,091 = 1,604 Ω

R_eq = R₁ + 1,604 = 25 + 1,604 = 26,6 Ω

Kaynaktan çekilen akım

Kaynak yalnızca R_eq’yi görür; Ohm yasası verdiği akımı bulur. Bu akım R₁’den geçer.

I_R1 = V₁/R_eq = 10/26,6 = 0,3759 A

Cevap

I_R1 = 0,3759 A

9.DC–DC dönüştürücüler

Cevap: ΔI_L = 1,985 A

DC–DC dönüştürücüler: bir S anahtarı, her T = 1/f periyodunun D kesri boyunca iletimdedir. Kalıcı durumda ortalama bobin gerilimi sıfırdır (volt-saniye dengesi); bu, sürekli iletimde ideal dönüştürme oranlarını verir: alçaltıcı (buck) V_o = D·V_in, yükseltici (boost) V_o = V_in/(1 − D), eviren alçaltıcı-yükseltici (buck-boost) |V_o| = V_in·D/(1 − D). İdeal bir dönüştürücü gücü korur: V_in·I_in = V_o·I_o. S iletimdeyken bobin akımı ΔI_L = V_L·D·T/L kadar artar; burada V_L, alçaltıcıda V_in − V_o, yükselticide ve alçaltıcı-yükselticide V_in’dir. Çıkış dalgalanması alçaltıcıda ΔV_o = ΔI_L/(8fC), yükselticide ve alçaltıcı-yükselticide I_o·D/(fC)’dir. Ortalama bobin akımı ΔI_L/2’ye eşit olduğunda bobin akımı sıfıra tam değiyor (CCM sınırı).

Görev oranı

D = 108/(36 + 108) = 0,75

İletim süresinde bobin gerilimi

S iletimdeyken bobin doğrudan V_in uçlarındadır.

V_L = 36 V

Dalgalanma akımı

ΔI_L = V_L·D/(L·f) = 36·0,75/(68·10⁻⁶·200·10³) = 1,985 A

Cevap

ΔI_L = 1,985 A

10.DC–DC dönüştürücüler

Cevap: L_crit = 1,406 µH

Görev oranı

D = 1 − 36/48 = 0,25

Sınır koşulu

Ortalama bobin akımını dalgalanma akımının yarısına eşitleyin ve L için çözün.

L_crit = D(1 − D)²·R/(2f)

Kritik endüktans

L_crit = 0,25(1 − 0,25)²·2/(2100·10³) = 1,406 µH

Cevap

L_crit = 1,406 µH

11.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerler

Cevap: P_g = 28,41 mW

Wheatstone köprüsü: iki gerilim bölücü tek bir V_s kaynağını paylaşır. Soldaki R₁–R₂ bölücüsü V_a = V_s·R₂/(R₁ + R₂), sağdaki R₃–R₄ bölücüsü V_b = V_s·R₄/(R₃ + R₄) verir; çıkış V_ab = V_a − V_b’dir. Köprü, R₁/R₂ = R₃/R₄, yani R₁·R₄ = R₂·R₃ olduğunda dengededir (V_ab = 0, ölçü aletinden akım geçmez). Çıkıştan bakıldığında köprü, R_th = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ olan bir Thévenin kaynağıdır.

Gerinim ölçer uçlarındaki gerilim

V = 5/2 = 2,5 V

Güç

P_g = 2,5²/220 = 28,41 mW

Cevap

P_g = 28,41 mW

12.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerler

Cevap: V_o = 15 mV

Gerinim ölçerler: bir gerinim ölçer direncini gerinimle değiştirir: ΔR/R = GF·ε; burada GF gerinim ölçer çarpanı olup metal folyo için yaklaşık 2’dir. Tüm kolları R olan bir köprüde tek etkin gerinim ölçer (çeyrek köprü) V_o ≈ V_s·GF·ε/4 verir. Bitişik kollarda zıt gerinimli iki etkin gerinim ölçer (yarım köprü) V_s·GF·ε/2, dört etkin gerinim ölçer (tam köprü) ise V_s·GF·ε verir. Gerilme, Hooke yasasından bulunur: σ = E·ε. Yük hücreleri duyarlılıklarını mV/V olarak belirtir: tam yükte, volt başına uyarma gerilimi için çıkış.

Tam ölçek çıkışı

2·10 = 20 mV

Bu yükteki çıkış

V_o = 20·375/500 = 15 mV

Cevap

V_o = 15 mV

13.Sayısal mantık: kapılar, K-haritaları ve flip-floplar

Cevap: N = 2

Karnaugh haritaları: hücreler Gray koduyla (00, 01, 11, 10) sıralanır; bu yüzden komşu hücreler, kenarların karşısındakiler dahil, tam olarak tek değişkende farklılaşır. 1’leri 1, 2, 4, 8 ya da 16 hücrelik dikdörtgenler içinde, olabildiğince büyük ve olabildiğince az sayıda gruplayın; her 1 kapsanana kadar. Her grup bir çarpım terimidir: grubun içinde sabit kalan değişkenler. 2ᵏ hücrelik bir grup k değişken kaybeder. Fark etmez durumları (X) grupları büyütmek için kullanılabilir ama kapsanmaları gerekmez. 0’ları gruplamak en küçük POS biçimini verir.

1’leri gruplayın

Her grup 2ᵏ hücrelik bir dikdörtgendir; kenardaki hücreler karşı kenardaki hücrelerin komşusudur.

B′C

En küçük SOP biçimi

F = B′C + AC

N = 2

Cevap

N = 2

14.Sayısal mantık: kapılar, K-haritaları ve flip-floplar

Cevap: N = 3

Asal implikantlar

1’lerden ve X’lerden oluşturulabilen en büyük gruplar.

A′C′D, ABD′, AB′CD

Temel asal implikantlar

A′C′D, ABD′, AB′CD

N = 3

Cevap

N = 3

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1