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

3 mavi LED’ler (her birinin iletim gerilimi 3,2 V), bir dirençle seri olarak 12 V’luk bir kaynağa bağlı. Akımı 15 mA yapan direnci R bulun.

V_s = 12 VV_F = 3,2 Vn = 3I = 15 mA

R = Ω

2.Diyotlar ve transistörlerZor

Bir diyot, 5 Ω ile seri 0,7 V olarak modelleniyor (0,7 V’un üzerinde iletir). 3 V’luk bir kaynağa karşı 1000 Ω’luk bir dirençle seri bağlı. Diyot doğrusunun yük doğrusuyla kesiştiği çalışma akımını I_D bulun.

V_s = 3 VR = 1000 ΩV₀ = 0,7 Vr_d = 5 Ω

I_D = mA

3.Op-amp devreleriOrta

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

V_in = 1,8 VR₁ = 22 kΩR_f = 22 kΩ

V_out = V

4.Op-amp devreleriZor

Toplayıcı yükselteç, ±15 V ile beslenen ideal bir op-amp kullanır. Geri besleme direncinden çıkışa doğru akan I_f akımını bulun.

V₁ = 1,2 VV₂ = −1 VR₁ = 1 kΩR₂ = 2 kΩR_f = 4,7 kΩ

I_f = mA

5.RC ve RL geçici rejimOrta

Anahtar t = 0’da kapanmadan önce bobinden akım geçmez. t = 5 ms anında bobin üzerindeki v_L gerilimini bulun.

V_s = 12 VR = 47 ΩL = 100 mHt = 5 ms

v_L = V

6.RC ve RL geçici rejimZor

Anahtar t = 0’da kapanmadan hemen önce kondansatörde gösterilen polaritede 18 V vardır. t = 400 ms anında kondansatör gerilimi v_C değerini bulun.

V_s = 12 VR = 4,7 kΩC = 220 µFv_C(0) = 18 Vt = 400 ms

v_C = V

7.Seri ve paralel dirençlerOrta

V₁ kaynağının gördüğü eşdeğer direnç R_eq değerini bulun.

V₁ = 30 VR₁ = 3 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 2 ΩR₄ = 6 Ω

R_eq = Ω

8.Seri ve paralel dirençlerZor

Kaynağın verdiği ve R₁ üzerinden geçen I_R1 akımını bulun.

V₁ = 10 VR₁ = 8 ΩR₂ = 25 ΩR₃ = 2 ΩR₄ = 8 ΩR₅ = 15 ΩR₆ = 4 Ω

I_R1 = A

9.DC–DC dönüştürücülerOrta

Bir alçaltıcı dönüştürücü, 12 Ω’luk bir yük için 36 V’u 21,6 V’a çeviriyor. 200 kHz’te, L = 68 µH ile anahtarlanıyor. Tepe bobin akımını (I_max) bulun.

Vin = 36 VVo = 21,6 Vf = 200 kHzL = 68 µHR = 12 Ω

I_max = A

10.DC–DC dönüştürücülerZor

Bir alçaltıcı dönüştürücü, 25 Ω’luk bir yük için 250 kHz’te, L = 68 µH ve C = 100 µF ile 15 V’u 10,5 V’a çeviriyor. Tepeden tepeye çıkış gerilimi dalgalanmasını (ΔV_o) mV cinsinden bulun.

Vin = 15 VVo = 10,5 Vf = 250 kHzL = 68 µHC = 100 µF

ΔV_o = mV

11.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerlerOrta

300 Ω’luk bir gerinim ölçer, dört kolu eşit 300 Ω olan ve 2 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 = 2 VR = 300 Ω

P_g = mW

12.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerlerZor

Bir çeyrek köprü (tek etkin gerinim ölçer, GF = 2) 3 V ile uyarılıyor. Ölçülecek en büyük gerinim 1200 µε’dir ve bir analog-sayısal dönüştürücünün girişinde 2,5 V vermelidir. Yükseltici kazancını (G) bulun.

V_s = 3 VGF = 2ε_max = 1200 µεV_FS = 2,5 V

G =

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

Bir 4’ten 1’e çoklayıcının seçme girişleri S₁ = A ve S₀ = B, veri girişleri I₀ = 0, I₁ = C′, I₂ = C′, I₃ = C′’e bağlanmıştır. A, B ve C girişlerinin 8 birleşiminden kaçında F = 1 olur? N değerini bulun.

I₀ = 0I₁ = C′I₂ = C′I₃ = C′

N =

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

Eşzamanlı bir mod-5 sayıcı 0, 1, …, 4 sayar ve sonra 0’a döner. 3 değerinden başlar. 9 saat darbesinden sonra hangi sayıyı, Q, (ondalık olarak) gösterir?

Q₀ = 39N = 5

Q =

3Çözeltiler

1.Diyotlar ve transistörler

Cevap: R = 160 Ω

LED ve diyot devreleri: doğru yönde öngerilimli bir LED, akım ne olursa olsun yaklaşık olarak V_F iletim gerilimini düşürür (kırmızı için yaklaşık 2 V, mavi veya beyaz için 3 V). Seri bir direnç akımı belirler: seri bağlı n LED için R = (V_s − n·V_F)/I. Daha kesin bir diyot modeli V = V₀ + I·r_d ile çalışma noktası, diyot doğrusunun I = (V_s − V)/R yük doğrusuyla kesiştiği yerdir; yani I = (V_s − V₀)/(R + r_d).

Direnç üzerindeki gerilim

V_R = 12 − 3·3,2 = 2,4 V

Direnç

R = 2,4/0,015 = 160 Ω

Cevap

R = 160 Ω

Direnç 36 mW harcar.

2.Diyotlar ve transistörler

Cevap: I_D = 2,289 mA

İki denklemi birleştirin

3 = 0,7 + I·(1000 + 5)

Çalışma akımı

I_D = 2,3/1005 = 2,289 mA

V_D = 0,7 + 0,002289·5 = 0,7114 V

Cevap

I_D = 2,289 mA

3.Op-amp devreleri

Cevap: V_out = 3,6 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.

Eviren giriş girişi izler

V₋ = V₊ = 1,8 V

I = V₋/R₁ = 1,8/22 = 0,08182 mA

Çıkış gerilimi

R₁’deki akım R_f’den de geçer.

V_out = V₋ + I·R_f = 1,8 + 0,08182·22 = 3,6 V

Cevap

V_out = 3,6 V

4.Op-amp devreleri

Cevap: I_f = 0,7 mA

Giriş akımları

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

I₁ = V₁/R₁ = 1,2/1 = 1,2 mA

I₂ = V₂/R₂ = −1/2 = −0,5 mA

I_f = I₁ + I₂ = 0,7 mA

Cevap

I_f = 0,7 mA

5.RC ve RL geçici rejim

Cevap: v_L = 1,144 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 ve son akım

Anahtar kapandıktan uzun süre sonra bobin kısa devre gibi davranır; bu yüzden son akımı yalnızca R belirler.

τ = L/R = 100 mH / 47 Ω = 2,128 ms

i(∞) = V_s/R = 12/47 = 0,2553 A

Bobin gerilimi

t = 0’da besleme geriliminin tamamı bobin üzerindedir; sonra sıfıra söner.

v_L(t) = V_s·e^−t/τ = 12·e^−5/2,128 = 1,144 V

Cevap

v_L = 1,144 V

6.RC ve RL geçici rejim

Cevap: v_C = 16,08 V

Başlangıç değeri, son değer, zaman sabiti

Kondansatör gerilimi sıçrayamaz; bu yüzden depolanan değerden başlar ve kaynak gerilimine yönelir.

v_C(0) = 18 V, v_C(∞) = V_s = 12 V

τ = R·C = 4,7 kΩ · 220 µF = 1034 ms

v_C(t) = 12 + (18 − 12)·e^−t/τ

Verilen andaki gerilim

v_C(400) = 12 + (6)·e^−400/1034 = 16,08 V

Cevap

v_C = 16,08 V

7.Seri ve paralel dirençler

Cevap: R_eq = 6,077 Ω

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 = 2 + 6 = 8 Ω

R₂ ∥ 8 = 5·8/(5+8) = 3,077 Ω

R_eq = R₁ + 3,077 = 3 + 3,077 = 6,077 Ω

Cevap

R_eq = 6,077 Ω

8.Seri ve paralel dirençler

Cevap: I_R1 = 0,7222 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 = 15 + 4 = 19 Ω

R₄ ∥ 19 = 5,63 Ω

R₃ + 5,63 = 7,63 Ω

R₂ ∥ 7,63 = 5,846 Ω

R_eq = R₁ + 5,846 = 8 + 5,846 = 13,85 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 = 10/13,85 = 0,7222 A

Cevap

I_R1 = 0,7222 A

9.DC–DC dönüştürücüler

Cevap: I_max = 2,118 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 = 21,6/36 = 0,6

Ortalama ve dalgalanma akımı

I_o = 21,6/12 = 1,8 A

ΔI_L = V_L·D/(L·f) = 14,4·0,6/(68·10⁻⁶·200·10³) = 0,6353 A

Tepe akım

I_max = 1,8 + 0,6353/2 = 2,118 A

Cevap

I_max = 2,118 A

10.DC–DC dönüştürücüler

Cevap: ΔV_o = 0,9265 mV

Görev oranı

D = 10,5/15 = 0,7

Bobin dalgalanma akımı

ΔI_L = (15 − 10,5)·0,7/(68·10⁻⁶·250·10³) = 0,1853 A

Çıkış dalgalanması

ΔV_o = 0,1853/(8·250·10³·100·10⁻⁶) = 0,9265 mV

Cevap

ΔV_o = 0,9265 mV

11.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerler

Cevap: P_g = 3,333 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 = 2/2 = 1 V

Güç

P_g = 1²/300 = 3,333 mW

Cevap

P_g = 3,333 mW

12.Wheatstone köprüsü ve gerinim ölçerler

Cevap: G = 1389

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 ölçekte köprü çıkışı

V_o = 1,8 mV

Kazanç

G = 2,5/0,0018 = 1389

Cevap

G = 1389

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

Cevap: N = 3

Çoklayıcı (multiplexer): 2ⁿ’den 1’e bir çoklayıcı veri girişlerinden birini çıkışa iletir; ikilik sayı olarak okunan seçme hatları hangisinin seçileceğini belirler. S₁S₀ = AB seçmeli 4’ten 1’e bir MUX için F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. Veri girişlerini 0, 1, C ya da C′’ye bağlamak MUX’un A, B ve C’nin herhangi bir fonksiyonunu üretmesini sağlar; bu, tek bir yongayla mantık kurmanın yaygın bir yoludur.

Çıkış ifadesi

F = A′BC′ + AB′C′ + ABC′

F = 1 olan satırlar

ABC = 010, 100, 110

N = 3

Cevap

N = 3

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

Cevap: Q = 2

Flip-floplar ve sayıcılar: bir flip-flop yalnızca saatin etkin kenarında değişir. D girişini kopyalar (Q⁺ = D); T, T = 1 iken tersler; JK, 00 için tutar, 01 için sıfırlar, 10 için kurar, 11 için tersler. n bitlik bir ikilik sayıcının 2ⁿ durumu vardır ve 2ⁿ modunda sayar; mod-N sayıcı 0, 1, …, N − 1 sayıp 0’a döner ve 2ⁿ ≥ N olan en küçük n kadar flip-flop gerektirir. Bir dalgacık (ripple) sayıcının her aşaması frekansı yarıya indirir; bu yüzden mod-N sayıcının son çıkışı f_clk/N ile çalışır. n flip-flopluk bir Johnson sayıcının 2n durumu, bir halka sayıcının n durumu vardır.

Tam çevrimler

Her 5 darbe sayıcıyı aynı duruma geri getirir.

9 = 1·5 + 4

Kalan darbelerden sonraki sayı

Q = (3 + 4) mod 5 = 2

Q = 010₂

Cevap

Q = 2

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1