Devre Teorisi Ders Notu Dr. Nurettin ACIR ve Dr. Engin Cemal MENGÜÇ

Benzer belgeler
Devre Teorisi Ders Notu Dr. Nurettin ACIR ve Dr. Engin Cemal MENGÜÇ

BLM1612 DEVRE TEORİSİ

Devre Teorisi Ders Notu Dr. Nurettin ACIR ve Dr. Engin Cemal MENGÜÇ

BÖLÜM IV SİNÜZOİDAL KARARLI-DURUM (STEADY-STATE) ANALİZİ

BÖLÜM V SİNÜZOİDAL KARARLI DURUM GÜÇ HESAPLARI

10. e volt ve akımıi(

EEM 307 Güç Elektroniği

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü GEÇİCİ OLAYLARIN İNCELENMESİ

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri. Hazırlayan: Dr. Nurdan Bilgin

Problemler: Devre Analizi-II

EEM211 ELEKTRİK DEVRELERİ-I

Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

DENEY 9- DOĞRU AKIM DA RC DEVRE ANALİZİ

Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü

1. RC Devresi Bir RC devresinde zaman sabiti, eşdeğer kapasitörün uçlarındaki Thevenin direnci ve eşdeğer kapasitörün çarpımıdır.

Sistem Dinamiği. Bölüm 2- Dinamik Cevap ve Laplace Dönüşümü. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

1 Lineer Diferansiyel Denklem Sistemleri

BÖLÜM VI DENGELENMİŞ ÜÇ FAZLI DEVRELER (3 )

DOĞRU AKIM DA RC DEVRE ANALİZİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ DENETİM SİSTEMLERİ LABORATUVARI. Deney No:2 Birinci-İkinci Dereceden Denklemler Açık-Kapalı Çevrim Sistemler

EET-202 DEVRE ANALİZİ-II DENEY FÖYÜ OSİLOSKOP İLE PERİYOT, FREKANS VE GERİLİM ÖLÇME

EEM 202 DENEY 5 SERİ RL DEVRESİ

ALTERNATİF AKIM (AC) II SİNÜSOİDAL DALGA; KAREKTRİSTİK ÖZELLİKLERİ

DENEY 5: FREKANS CEVABI VE BODE GRAFİĞİ

Bölüm 3 AC Devreler. 1. AC devrede, seri RC ağının karakteristiklerini anlamak. 2. Kapasitif reaktans, empedans ve faz açısı kavramlarını anlamak.

DENEY TARİHİ RAPOR TESLİM TARİHİ NOT

DENEY 5 RC DEVRELERİ KONDANSATÖRÜN YÜKLENMESİ VE BOŞALMASI

Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü FZM207. Temel Elektronik-I. 3. Bölüm: Temel Devre Tepkileri

BLM1612 DEVRE TEORİSİ

DEVRE VE SİSTEM ANALİZİ ÇALIŞMA SORULARI

ALTERNATİF AKIMIN DENKLEMİ

DENEY-8 KONDANSATÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU AKIMDA DAVRANIŞI

Nedim Tutkun, PhD, MIEEE Düzce Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Konuralp Düzce

2. Sunum: Birinci ve İkinci Mertebeden Geçici Devreler

8. ALTERNATİF AKIM VE SERİ RLC DEVRESİ

Mekatronik Mühendisliği Lab1 (Elektrik-Elektronik) Seri ve Paralel RLC Devreleri

DEVRE ANALİZİ LABORATUARI DENEY 6 KONDANSATÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU AKIM DAVRANIŞI

DENEY 7 DALGALI GERİLİM ÖLÇÜMLERİ - OSİLOSKOP

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 6 Çözümler

U.Arifoğlu 26/11/2006

V R1 V R2 V R3 V R4. Hesaplanan Ölçülen

ELM 331 ELEKTRONİK II LABORATUAR DENEY FÖYÜ

3 FAZLI SİSTEMLER fazlı sistemler 1

BÖLÜM 6 LAPLACE DÖNÜŞÜMLERİ

ELK273 Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin Temelleri Ders 8- AC Devreler. Yard.Doç.Dr. Ahmet Özkurt.

Güç Elektroniği Ders notları Prof. Dr. Çetin ELMAS

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK SİSTEMLER LABORATUVARI 1 OPAMP DEVRELERİ-2

Bölüm 1. Elektriksel Büyüklükler ve Elektrik Devre Elemanları

EEM220 Temel Yarıiletken Elemanlar Çözümlü Örnek Sorular

Ölçü Aletlerinin Tanıtılması

Ders İçerik Bilgisi. Dr. Hakan TERZİOĞLU Dr. Hakan TERZİOĞLU 1

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ELK 2008 DEVRELER II LABORATUARI

EEE-220 Electronic Circuits Lab. PSPICE KULLANIMI

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

MIT 8.02, Bahar 2002 Ödev # 8 Çözümler

DENEY 1-1 AC Gerilim Ölçümü

10. Sunum: Laplace Dönüşümünün Devre Analizine Uygulanması

GEÇİCİ OLAYLARIN İNCELENMESİ

ALTERNATİF AKIMDA EMPEDANS (PARALEL DEVRELER)

BÖLÜM VIII SERİ VE PARALEL REZONANS

DENEY FÖYÜ 7: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri

DENEY TARİHİ RAPOR TESLİM TARİHİ NOT

Temel Devre Elemanlarının Alternatif Gerilim Etkisi Altındaki Davranışları

BÖLÜM X OSİLATÖRLER. e b Yükselteç. Be o Geri Besleme. Şekil 10.1 Yükselteçlerde geri besleme

DENEY 5: ALTERNATİF AKIMDA FAZ FARKI (R, L VE C İÇİN)

DENEY 4: SERİ VE PARALEL REZONANS DEVRELERİ

Yrd. Doç. Dr. Levent Çetin. Alternatif Gerilim. Alternatif Akımın Fazör Olarak İfadesi. Temel Devre Elemanlarının AG Etkisi Altındaki Davranışları

ANALOG ELEKTRONİK - II. Opampla gerçekleştirilen bir türev alıcı (differantiator) çalışmasını ve özellikleri incelenecektir.

İşaret ve Sistemler. Ders 2: Spektral Analize Giriş

DC DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER

ELEKTRİK VE ELEKTRİK DEVRELERİ 2

Düzenlenirse: 9I1 5I2 = 1 108I1 60I2 = 12 7I1 + 12I2 = 4 35I1 60I2 = I1 = 8 I 1

Sinüsoidal Gerilim ve Akım ALIŞTIRMALAR

EEM220 Temel Yarıiletken Elemanlar Çözümlü Örnek Sorular

Sistem Dinamiği ve Kontrolü Bütünleme 26 Ocak 2017 Süre: 1.45 Saat. Adı ve Soyadı : İmzası : Öğrenci Numarası :

İkinci Mertebeden Lineer Diferansiyel Denklemler

Mekatronik Mühendisliği Lab1 (Elektrik-Elektronik) Ohm-Kirchoff Kanunları ve AC Bobin-Direnç-Kondansatör

Alternatif Akım Devreleri

ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ DEVRE ANALĠZĠ LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

HOMOGEN OLMAYAN DENKLEMLER

Bölüm 1. Elektriksel Büyüklükler ve Elektrik Devre Elemanları

Sağ Taraf Fonksiyonu İle İlgili Özel Çözüm Örnekleri(rezonans durumlar)

BÖLÜM 2 DİYOTLU DOĞRULTUCULAR

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

4. Sunum: AC Kalıcı Durum Analizi. Kaynak: Temel Mühendislik Devre Analizi, J. David IRWIN-R. Mark NELMS, Nobel Akademik Yayıncılık

14. SİNÜSOİDAL AKIMDA DİRENÇ, KAPASİTE, İNDÜKTANS VE ORTAK İNDÜKTANSIN ÖLÇÜLMESİ

Fiz102L TOBB ETÜ. Deney 3. Kondansatörün Şarj/Deşarj Edilmesi. P r o f. D r. S a l e h S U L T A N S O Y. D r. A h m e t N u r i A K A Y

TEK FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLSÜZ DOĞRULTUCULAR

11. SINIF SORU BANKASI. 2. ÜNİTE: ELEKTRİK VE MANYETİZMA 6. Konu ALTERNATİF AKIM VE TRANSFORMATÖRLER TEST ÇÖZÜMLERİ

Devre Analizi I (EE 209) Ders Detayları

Alternatif Akım. Yrd. Doç. Dr. Aytaç Gören. Alternatif Akım

TEK FAZLI DOĞRULTUCULAR

11. SINIF SORU BANKASI. 2. ÜNİTE: ELEKTRİK VE MANYETİZMA 6. Konu ALTERNATİF AKIM VE TRANSFORMATÖRLER TEST ÇÖZÜMLERİ

Chapter 9. Elektrik Devreleri. Principles of Electric Circuits, Conventional Flow, 9 th ed. Floyd

BÖLÜM II DALGA ŞEKİLLENDİRİCİLER

Leyla Yıldırım Bölüm BÖLÜM 3 FİZİKSEL SİSTEMLERİN SERBEST SALINIMLARI BASİT HARMONİK HAREKET (BHH)

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

AVRASYA UNIVERSITY ALTERNATİF AKIM DEVRE ANALİZİ

BÖLÜM 4 TEK SERBESTLİK DERECELİ SİSTEMLERİN HARMONİK OLARAK ZORLANMIŞ TİTREŞİMİ

Transkript:

BÖLÜM III RLC DEVRELERİN DOĞAL VE BASAMAK CEVABI RLC devreler; bir önceki bölümde gördüğümüz RC ve RL devrelerden farklı olarak indüktör ve kapasitör elemanlarını birlikte bulundururlar. RLC devrelerini genel olarak iki gruba ayırabiliz. Paralel RLC devreler Paralel RLC devrelerinde amaç her bir kolda eşit olan voltaj değerini bulmaktır. Seri RLC devreler Seri RLC devrelerinde ise devreden geçen akımı bulmaktır.

3.. Paralel RLC Devrelerde Doğal Cevap i C il i R V o I o Şekil 3.: Paralel RLC devresi KCL kullanılarak Şekil 3. de yer alan devre çözülecek olur ise; V t dv V I C 0. (3.) 0 o R L Denklem (3.) in t ye göre türevi alındığında ise; dv dv V C R L 0. (3.)

Denklem (3.) yeniden düzenlenecek olur ise Denklem (3.3) de yer alan ikinci dereceden sabit katsayılı bir diferansiyel denklem aşağıdaki gibi elde edilir. dv dv V 0 (3.3) RC LC İkinci Dereceden Diferansiyel Denklem Çözümü: Denklem (3.3) de yer alan ikinci dereceden diferansiyel denklemin çözümünü eksponansiyel formda olduğunu kabul edersek, Denklem (8.3) de yer alan gerilim; V st Ae (3.4) burada A ve s bilinmeyen sabitler olarak ifade edilir. Buradaki amacımız ise bu sabit değerleri bularak Şekil (3.) de yer alan devrenin gerilim cevabını bulmaktır. 3

Burada çözüm olarak kabul ettiğimiz yerine koyacak olursak; As A 0 RC LC st st st As e e e Ae st s ( s ) 0 RC LC (3.5) V st Ae ifadesini Denklem (3.3) de st Denklem (3.5) de yer alan ifade, e 0 olmak üzere A veya parantez içindeki terimler toplamının sıfır olduğu durumda geçerlidir. Ancak, A = 0 olması genel çözümde kullanılmaz, çünkü bu durum gerilimin her zaman 0 (sıfır) olmadığı anlamına gelir. Buda eğer indüktör veya kapasitörde enerji varsa fiziksel olarak mümkün değildir. Bu sebeple sadece parantez içindeki ifadenin sıfır olması dikkate alınır. 4

Dolayısıyla, Denklem (3.5) e ait karakteristik denklem aşağıdaki gibi elde edilir. s s 0 RC LC (3.6) Denklem (3.6) nın kökleri ( s ve s ) ise; s ( ) RC RC LC (3.7) s ( ) RC RC LC (3.8) Denklem (3.7) ve (3.8) de yer alan kökler A ya bağlı olmadan diferansiyel denklemi sağlar. Bu sebeple; V st Ae (3.9) 5

V Devre Teorisi Ders Notu st Ae (3.0) V Ae A e st st (3.) olacak şekilde üç çözüm bulunur. Denklem (3.) deki çözüm, hem Denklem (3.9) u hem de (3.0) u içerdiğinden dolayı, diferansiyel denklemin çözümünde kullanılacak olur ise; dv dv st st A se Ase (3.) st st A se Ase (3.3) Bulunan bu türev ifadeleri (Denklem (3.) ve (3.3)), Denklem (3.3) de yerine yazılacak olur ise; 6

st st Ae s Ae s Devre Teorisi Ders Notu s s ( ) ( ) 0 (3.4) RC LC RC LC Denklem (3.4) de yer alan her bir parantezin içinde yer alan s ve s kökleri, karakteristik denklemin kökleri bu parantezli ifadeler 0 a eşit olur. Sonuç olarak, paralel RLC devresinin doğal cevabının formu; V Ae A e st st (3.5) burada s w, o s w, o ve RC w o LC dir. Ayrıca belirtmek gerekir ki; e nin üssü boyutsuz olacağından, s ve s t nin tersi yani s s, s kompleks frekans neper frekansı şeklinde tanımlanan frekans değerleri olarak tanımlanır. Yani; 7

wo rezonans radyan frekansı olarak tanımlanır. Burada üç durum söz konusudur. Eğer damped) w o Kökler reel ve farklı, devre cevabı ise üst sönümlü (over Eğer w o Kökler kompleks ve farklı, devre cevabı alt sönümlü (under damped) Eğer w o Kökler reel ve eşit, devre cevabı kritik sönümlü (critically damped) 8

Örnek 3.: R 00, L50 mh, C 0. F olan paralel RLC devresinde; a) Devrenin karakteristik denklemin köklerinin bulunuz. b) Devreye ait cevap durumunu belirleyiniz (üst sönümlü, alt sönümlü ). c) (a) ve (b) şıkkını R 3.5 için tekrarlayınız. d) Devre cevabının kritik sönümlü olması için R =? Cevap: 6 0 4 a).5x0 rad / sn RC (400)(0.) 00 w rad sn LC (50)(0.) 3 6 8 o 0 / s w rad sn o 5000 / 9

s w rad sn o 0000 / b) w o olduğundan devre cevabı üst sönümlüdür. c) R 3.5 için 6 0 (65)(0.) 8000 rad / sn 0.64x0 rad / sn 8 w 0 rad / sn 8 o s 8000 j6000 rad / sn s 8000 j6000 rad / sn w olduğundan R 3.5 için devre cevabı alt sönümlüdür. o e) Devre cevabının kritik sönümlü olması için; w o olmalıdır. Dolayısıyla 0

0 0 RC LC RC 4 (x0 )(0.) 8 4 Devre Teorisi Ders Notu 6 0 R 50 olarak bulunur.

3.. Üst Sönümlü (Overdamped) Voltaj Cevabı Denklem (3.5) de yer alan paralel RLC devresinin doğal cevabının formu V Ae A e st st dir ve burada kökleridir. s ve s karakteristik denklemin reel farklı Bu denklemde yer alan A ve A sabitleri, başlangıç koşulları kullanılarak bulunabilir. Bunun içinde özellikle V (0 ) ve V Ae A e dv (0 ) st st ifadesi için aşağıdaki gibi belirlenmesi gerekir. V(0 ) A A (3.6) ifadelerinin, dv (0 ) s A s A (3.7)

Denklem (3.6) ve (3.7) den başlangıç koşullarını (depolanan enerjiyi) kullanarak A ve A bulunabilir. dv (0 ) i (0 ) C, t 0 (3.8) C (0 ) dv (0 ) ic C (3.9) Yani i C (0 ) biliniyorsa dv (0 ) bulunur. Kapasitörün başlangıç akımı i C (0 ) bulunur. i C Vo (0 ) Io (3.0) R ise KCL kullanılarak aşağıdaki gibi 3

Örnek 3.: C 0. uf, L50 mh, R 00 olan bir Paralel RLC devresinde, kapasitör üzerinde depolanan enerjiye denk düşen başlangıç voltajı V V ve indüktörün başlangıç akımı I 30mA ise; a) Devrede her bir koldaki başlangıç akımını bulunuz. b) dv nin başlangıç değerini bulunuz. c) Gerilim ifadesi V() t yi bulunuz. d) V() t yi, 0t 50siçin çiziniz. o o 4

Cevap: Devre Teorisi Ders Notu a) İndüktör, üzerinden geçen akımda ani değişime izin vermediğinden, indüktörün başlangıç akımı i (0 ) i (0) i (0 ) 30mA dir. L L L Kapasitöre ait başlangıç voltajı ise V V dur. Direnç üzerinden geçen başlangıç akımı ise IR(0 ) 60mA dir. 00 KCL kullanılarak kapasitörün başlangıç akımı bulunacak olur ise; I (0 ) I (0 ) I (0 ) C L R o 30mA 60mA 90mA dir. (Bu arada I (0 ) 0 A kabul edildi). dv b) i c C kullanılarak; C 5

i C Devre Teorisi Ders Notu 3 dv (0 ) 90x0 450 KV / sn olarak bulunur. 6 C 0.x0 c) Öncelikle karakteristik kökler aşağıdaki gibi bulunur. s s w o ( ) RC RC LC 5000 rad / sn w o ( ) RC RC LC 0000 rad / sn 6

V(0 ) A A V dv (0 ) i (0 ) C s A s A C Böylece; A A x V sn A A V 3 5000 0000 450 0 / 5000 0000 450 0 3 A A x V A 4 V, A 6V bulunur. Vt () Ae Ae st s t 5000 0000 4 t t e 6 e V, t 0. 7

d) 0t 50siçin t( m s) Şekil 3.: Gerilim değişimi 8

3.. Alt Sönümlü (Underdamped) Voltaj Cevabı Eğer w o ise karakteristik denklemin kökleri kompleks ve devre cevabı alt sönümlüdür. Bu durumda karakteristik kökler; s w o s s ( ) j w o jw, d d ( ) ( wd wo ) (3.0) jw (3.) burada wd sönümlenmemiş (damped) radyan frekansı temsil eder. Paralel RLC devresine ait gerilim ifadesi ise; V Ae A e st s t 9

( jwd) t ( jwd) t Devre Teorisi Ders Notu j Ae Ae, e cos jsin Ae e Ae e t jw t jw t e ( A cos w t ja sin w t A cos w t ja sin w t) d d d d t e ( A A )cos w t j( A A )sinw t (3.) d burada B A A B j A A gerilimin ifadesi; d ( ), ( ) olarak tanımlanacak olur ise devreye ait d t V e B cos w t B sin w t. (3.3) d Alt sönümlü cevapta kökler kompleks ve birbirinin eşleniği olduğundan dolayı B ve B reel çıkar ( B ( A A ), B j( A A )). Zaten B ve B voltaj olarak reeldir ve aşağıdaki denklemler kullanılarak elde edilir. V(0 ) Vo B (3.4) 0

(0 ) (0 dv i ) C B wb d (3.5) C Alt sönümlü cevap salınımlıdır. Yani voltaj artı ve eksi değerler arasında değişim gösterir. Osilasyonun genliği eksponansiyel olarak azalır. Voltaj salınım oranı w d ile sabitlenir., sönüm (damping) faktörü veya sönüm katsayısı olarak tanımlanır. Eğer 0 ve osilasyon frekansı w o ise sönüm (damping) olmaz. Ancak devrede R gibi (enerji harcayan) bir eleman var olduğu sürece 0 olur ve wd w o dır. ( w d, salınım frekansı) Osilasyonlu davranışın sebebi, devrenin L ve C gibi iki enerji depolayıcı elemanının aynı devrede var olmasıdır.

Örnek 3.3: i C il i R V o I o Şekil 3.3: Örnek 3.3 e ait paralel RLC devresi Şekil 3.3 deki paralel RLC devresinde Vo 0, Io.5mA, R 0 K, L 8H, C 0.5F olduğuna göre; a) Devreye ait karakteristik denklemin köklerini bulunuz.

b) t 0 için V ve dv yi bulunuz. c) t 0 için devrenin voltaj cevabını bulunuz. d) V() t yi 0t msn için çiziniz. Cevap: 6 a) 0 3 RC (0)0 (0.5) 00 rad / sn. 6 0 3 wo 0 rad / sn LC (8)(0.5) w olduğundan devre cevabı alt sönümlüdür. o w w 0 4x0 00 96 979.80 rad / sn. d 6 4 o 3

s jw 00 j979.80 rad / sn. d s jw 00 j979.80 rad / sn d b) V nin C kapasitörüne karşılık bir voltaj olduğunu düşünerek; V(0) V(0 ) V o 0 ve V(0 ) V R 0 olur. ( t 0 Bu durumda t 0 için, i I.5mA dir. C o da). 3 dv (0 ) i C (0 ).5x0 6 C 0.5x0 c) B V(0 ) V o 0. 98000 V / sn. B 98000 00 V. w d Böylece devreye ait gerilim ifadesi; Vt e tvt 00t ( ) 00 sin(979.89 ), 0. 4

d) tsn ( ) Şekil 3.4: Gerilim değişimi 5

Alt sönümlü devrelerde; V RP den, 0. R 0 Voltaj cevabı maksimum değerde sabitlenir. wd wo a yaklaşır ve eşit olur. Osilasyon frekansı w o da tutulur. Osilasyon periyodu; w d, burada T d ilk maksimum ile ikinci maksimum değer arasındaki T d zamanı ifade eder. Böylece devreye ait periyot ve frekans aşağıdaki gibi bulunur. T d w d 6

Td f d 6.4msn 00 96 3 0 55.94 Hz T 6.4 d Alt sönümlü cevap salınım yapar. Üst sönümlü cevap son değerine osilasyonsuz yaklaşır. 7

3..3 Kritik Sönümlü Voltaj Cevabı (Doğal) Bir paralel RLC devresinde w o veya wo ise devrenin voltaj cevabı kritik sönümlüdür. Kritik sönümlü cevap için kökler reel ve birbirine eşittir. s s s (3.6) RC st st s de V Ae A e ifadesi kullanılmaz çünkü V A A e A e t t ( ) o dır. Burada o A ifadesi; ( V o ve I o) bağımsız başlangıç koşullarını tek başına sağlayamaz. Bu yüzden iki kök bir birine eşit ise diferansiyel denklemin çözümü aşağıdaki formu alır. V Dte D e t t (3.7) 8

Burada ise V (0 ) ve bulunur. dv (0 ) Devre Teorisi Ders Notu ifadeleri Denklem (3.8) ve (3.9) da ki gibi V(0 ) Vo D (3.8) dv (0 ) i (0) C D D (3.9) C 9

Örnek 3.4: Devre Teorisi Ders Notu a) Bir önceki örnek 3.3 de paralel RLC devresinin kritik sönümlü olabilmesi için direnç değeri R nin kaç ohm olması gerekir. b) Bu devreye ait gerilim ifadesi V() t yi t 0 için bulunuz. c) V() t yi 0 t 7msn aralığı için çiziniz. Cevap: a) w 0 6 o 0 3 RC 6 0 R 4000 000(0.5) b) V (0 ) 0 30

dv (0 ) 0 98000 V / s D, D 98000 V / s Gerilim ifadesi, V t te V t Devre Teorisi Ders Notu 000t ( ) 98000, 0. t( ms ) Şekil 3.5: Gerilim değişimi 3

3. Paralel RLC Devrelerinde Basamak Cevabı i C il i R I Şekil 3.6: Paralel RLC devresi Bir paralel RLC devresine sabit (dc) bir akım ve gerilimin ani uygulanması durumunda (Şekil 3.6 da olduğu gibi) devreye ait gerilim ifadesi bulunacak olur ise; il ir ic I V dv i L C I R (3.30) 3

V di L olduğundan, gerilimin zaman göre türevi aşağıdaki gibi elde edilir. dv d i L L (3.3) Böylece Denklem (3.30) düzenlenecek olur ise; LdiL dil il LC I R t V dv V C I L 0 R dv dv V RC LC I (3.3) ifadesi elde edilir. 33

Denklem (3.3) ye ait çözüm formları: Gerilim ifadeleri; V Ae Ae Devre Teorisi Ders Notu st st Devre cevabı üst sönümlü t V Be cos( w t) B e sin( w t) Devre cevabı alt sönümlü t d V Dte D e t t Devre cevabı kritik sönümlü d Burada doğal cevaptan farklı olarak t 0 için bir kaynak olduğundan, t 0 anında sabitleri değerlendirirken kaynak (akım veya gerilim) dikkate alınmalıdır. Akım ifadeleri; i I Ae Ae L ' st ' s t i I Be cos( w t) B e sin( w t) ' t ' t L d d 34

i I Dte D e L ' t ' t Devre Teorisi Ders Notu Basamak cevabın doğal cevapla ilişkisi; i I + {doğal cevap fonksiyonu formu} f v V f + {doğal cevap fonksiyonu formu} burada, I f ve Vf son değer. 35

Örnek 3.5: i C il i R I V o I Şekil 3.7: Örnek 3.5 e ait devre şeması 4mA, R 400, L 5mH, C 5nF, I 0, V 0 ve depolanan enerji sıfırdır. a) i L nin başlangıç değerini bulunuz. dil b) nin başlangıç değerini bulunuz. o o 36

c) Karakteristik denklemin köklerini bulunuz. d) il () t nin t 0 için nümerik ifadesini bulunuz. Cevap: a) Depolanan enerji olmadığından il (0) 0 olur. İndüktörde ani akım değişimi olmadığından (0 ) 0 olur. i L b) Vo 0 olduğundan V o (0 ) 0 olur. V c) di di L den ifadesi kullanılarak L (0 ) 0. w 0 LC 5x5 8 o 6x0 9 0 x rad sn x RC x400x5 4 8 5 0 / 5 0. 37

w o kökler reel ve ayrıdır ve devre cevabı üst sönümlüdür. s x x rad sn 4 4 5 0 3 0 0000 / s x x rad sn 4 4 5 0 3 0 80000 / ' st ' d) i I Ae Ae L i (0) 0 L I A A ' ' di L ' ' (0) sa sa 0 olduğuna göre; A ma ve, A 8mA olur. ' 3 ' s t Böylece il () t nin t 0 için nümerik ifadesi; i t e e ma t 0000t 80000t L() (43 8 ), 0. 38

Örnek 3.6: Örnek 3.5 deki devrede R 65 alınırsa; Cevap: wo LC 40 x 4 4 3.x0 w o olduğundan devre cevabı alt sönümlüdür. s x j x rad sn 4 4 3. 0.4 0 / s x j x rad sn 4 4 3. 0.4 0 / Bu devreye ait akım ifadesi; i () t I Be cos( w t) B e sin( w t) ' t ' t L d d 39

Yukarıda verilen akım denkleminde, 3000 rad / sn ve w 4000 rad / sn dir. I d 4mA i (0) 0 L I B di (0) L B ' 4 d ' wb Bolduğuna göre; ma ve ' ' ' B 3mA olarak bulunur. Böylece il () t nin t 0 için nümerik ifadesi; i t e t e t ma t 3000t 3000t L( ) (4 4 cos(4000 ) 3 sin(4000 )), 0. 40

Örnek 3.7: Örnek 3.5 deki devrede R 500 Cevap: 40 x s, w 40 x 4 4 o alınırsa, w o olduğundan devre cevabı kritik sönümlüdür ve akım ifadesi; t i () t I Dte D e. L ' t ' i (0) 0 L I D di L (0) D ' D D olduğundan ' ' ' 960,000 / ' D 4mA ma sn i t te e ma t 40000t 40000t L( ) (4 960000 4 ), 0. 4

0 t 0 sn için üç örneğin grafiği Şekil 3.8 de verilmiştir. i ( ) L ma R = 400 W( Üst Sönümlü) R = 500 W( Kritik Sönümlü) R = 65 W( Alt sönümlü) t( ms) Şekil 3.7: Örnek 3.5, 3.6 ve 3.7 için zamana göre akım değişimi i nin son değeri 4 ma, % 90 ı,6 ma dir. Son değere 30 s de (en geç) L üst sönümlüde ulaşıyor. 4

3.3 Seri RLC Devrelerde Doğal ve Basamak Cevabı Doğal Cevap: R I o V o KVL kullanılarak; di t Ri L i V 0 o C Şekil 3.8: Seri RLC devresi 0 43

R di L d i i 0 C di Rdi i 0 Devre Teorisi Ders Notu (3.33) L LC Denklem (3.3) e ait karakteristik denklem ise; R s s 0 L LC (3.34) Karakteristik denklemin kökler; s, R R L L LC ( ) (3.35) 44

s w olarak tanımlanır ve burada, 0 R rad / sn, w o rad / sn L LC dir. Seri RLC devresine ait doğal Cevap st it () Ae Ae s t Üst sönümlü t d t it () Be cos( wt) Be sin( wt) Alt sönümlü t t it () Dte De Kritik sönümlü d 45

Basamak Cevabı: R VR VL V V C Şekil 3.9: Seri RLC devresi KVL kullanılarak; di V RiL VC (3.34) 46

Denklem (3.34) de akım yerine i dv C C ifadesi yazılacak olur ise di dv C C olur. Böylece; dvc R dvc VC V (3.34) L LC LC V V Ae A e C f ' st ' s t V V Be cos( w t) B e sin( w t) ' t ' t C f d d V V Dte D e C f ' t ' t V f, V C nin son değeri. (yani devrede Vf V(kaynak gerilimi)) 47

Örnek 3.8: Şekil 3.0: Örnek 3.8 e ait devre şeması Şekil 3.0 daki devrede 0. F lık kapasitör 00V a şarj olmuştur ve t 0 anında bobin ve direnç üzerinden deşarj olmaktadır. a) it ()?, t 0. b) V () t?, t 0. C 48

Cevap: a) 8 R wo 0 rad / sn, 800 rad / LC L w o olduğu için cevap alt sönümlüdür. sn t it () Be cos( wt) Be sin( wt) t d 800 rad / sn, w 9600 rad / sn L d i anahtar kapanmadan hemen önce 0 dır ve (0 ) da 0 olur. i(0) 0 B di(0 ) L V o Anahtar kapatıldıktan hemen sonra; d i L 49

i(0 ) 0 olduğundan VR 0 olur. Dolayısıyla V o gerilimi (C üzerindeki) L de de görülür. di(0 ) V o 000 A / sn L B 0 da kullanılarak; di di(0 ) 800 400 Be t (4cos(9600 t) 7sin(9600 t)) 9600B B 0.04 A it e t At 800t ( ) 0.04 sin(9600 ), 0. b) t 0 o veya C VC i V C di V ir L V t t t e V t 800t C ( ) (00cos(9600 ) 9.7sin(9600 )), 0. 50

Özet Bilgi: Üst sönümlüde, wo son değerine salınım olmadan gider. Alt sönümlüde, wo dır. Yani, rezonans frekansından büyüktür ve dır ve cevap son değer civarında salınım yapar. ne kadar büyükse salımı o kadar uzar. Eğer enerji harcayıcı eleman (R) devreden çıkarılırsa, 0 olur ve cevap sabitlenmiş salınımlı olur. Kritik sönümlerde, paralel RLC RC R seri RLC L wo dır ve cevap salınım olayının eşiğindedir. 5

neper frekansı veya damping faktörü; R nin (R dissipative element) cevap üzerindeki etkisini gösterir. 5

Kaynak Devre Teorisi Ders Notu J. W. Nilsson and S. Riedel, Electric Circuits, Pearson Prentice Hall. 53