Seri ve Paralel Devreler

6. HAFTA
BLM223
DEVRE ANALİZİ
Yrd. Doç Dr. Can Bülent FİDAN
hdemirel@karabuk.edu.tr
KBUZEM
Karabük Üniversitesi
Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 2
DEVRE ANALİZİ
6. SERİ-PARALEL DEVRELER
6.1. SERİ-PARALEL DİRENÇLER
6.2. YÜKLEME ETKİSİ
6.3. MERDİVEN BAĞLANTI
6.4. WESTON KÖPRÜSÜ
6.5. ÜÇGEN-YILDIZ BAĞLANTI (∆-λ) VE DÖNÜŞÜMLERİ
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 3
DEVRE ANALİZİ
6. SERİ-PARALEL DEVRELER
Hem seri hem de paralel elemanların bir arada bulunduğu devrelere seri-paralel
devreler veya karışık devreler denir. Burada hem seri hem de paralel bağlantının
özellikleri geçerlidir.
6.1. SERİ-PARALEL DİRENÇLER
RAB = R1 + R2 R3
R2
R1
A
B
R3
Şekil 6.1. Seri-Paralel Bağlantı
Hem seri hem de paralel bağlantının bir arada olduğu bağlantıya seri-paralel (karışık)
bağlantı adı verilir. Aşağıdaki şekillerde seri-paralel bağlantıyı görebilirsiniz. Seriparalel bağlantıda toplam direnci bulmak için daha önceki bölümlerde seri bağlantı ve
paralel bağlantı için öğrendiğimiz bilgileri kullanabiliriz.
R2 ile R3 birbirine paraleldir.
R1 direnci de bu paralelliğe
seridir.
A
R1
B
A
R1
RT = R1 + R2 ║R3
B
A
+
R2
R2
R3
R3
C
IT
VS
B
I3
I2
R2
C
R1
R3
IT
C
Şekil 6.2. Seri-Paralel bağlantı
Şekilde B-C arasındaki R2 ile R3 birbirine paralel (R2║R3) bağlanmıştır. Bu paralel
bağlantıya da A-B noktaları arasında bulunan R1 direnci seri bağlanmıştır. A-C
noktaları arasına gerilim kaynağı bağlandığı zaman R1 direnci üzerinden toplam devre
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 4
DEVRE ANALİZİ
akımı akar. B noktasında devre akımı iki kola ayrılır. Daha sonra kollardaki akımla
tekrar birleşerek gerilim kaynağının negatif kutbuna ulaşır. Aşağıdaki şekillerde
değişik türden seri-paralel bağlantı örneklerini görmeniz mümkündür.
 R .R
RT = ( R1 + R2 ) +  3 4
 R3 + R 4




RAB = R1 + R2
R1
R1
R2
B
A
RAB = R1 + R2
RAB
R2
R3
B
A
RT = R AB +
R3
R4
RBC=R3 R4
C
R x .R5
R x + R5
RX
R5
Rx = R3 + R4
R4
C
RAB ile RBC birbirine seri bağlı
RBC = Rx R5
ÖRNEK-1:
Aşağıdaki şekilde toplam direnci bulunuz.
ÇÖZÜM:
V
24V
R1
100Ω
250Ω
R3
350Ω
R4
200Ω
R2
+
-
RT =
R .R
R1 .R 2
100Ω.250Ω
350Ω.200Ω
+ 3 4 =
+
R1 + R 2 R3 + R 4 100Ω + 250Ω 350Ω + 200Ω
RT = 71,4Ω + 127,3Ω = 198,7Ω
6.2. YÜKLEME ETKİSİ
Şekil (a)’da gerilim bölücü devre VO çıkış gerilimini oluşturur. Dirençler eşit olduğuna
göre üzerlerine düşen gerilimlerde eşittir. Dolayısıyla VO çıkış gerilimi 5V’tur. Bu
gerilim yüksüz çıkış gerilimidir. Şekil (b)’de görüldüğü gibi çıkış ile şase arasına RL yük
direnci bağlandığı zaman VO çıkış gerilimi RL yük direncine bağlı olarak düşecektir. Bu
etkiye yükleme etkisi denir. Bağlanan RL yük direnci R2 direncine paralel olduğu için
A noktası ile şase arasındaki direnç azalmış olacaktır. Direncin azalmasıyla direnç
üzerine düşen gerilimde azalacaktır. Ayrıca devredeki toplam dirençte düşeceği için
toplam devre akımı da artacaktır.
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 5
DEVRE ANALİZİ
R1
R1
1KΩ
1KΩ
+
10V
-
+
10V
-
A
VO
R2
R2
1KΩ
1KΩ
(a) Yüksüz
VO
A
RL
(b) Yüklü
Şekil 6.3. Yükleme etkisi
RL yük direnci R2’ye göre çok büyükse VO gerilimindeki düşüş çok az olacaktır. Paralel
bağlantının özelliği şudur ki; eğer biri çok büyük değerli, diğeri de küçük değerli iki
direnç birbirine paralel bağlanıyorsa toplam direnç küçük değerli dirence çok yakın
çıkar.
VO(Yüksüz)
R1
R1
R1
1KΩ
+
10V
-
VO ≅ VO(Yüksüz)
VO<VO(Yüksüz)
A
1KΩ
+V
+
10V
-
1KΩ
+V
+
10V
-
A
R2
R2
1KΩ
1KΩ
RL
+V
A
R2
1KΩ
RL
(a) RL direnci yok (yüksüz) (b) RL direnci çok büyük değil (c) RL direnci çok büyük
Şekil 6.4. Yükleme etkisinin etkisi
6.3. MERDİVEN BAĞLANTI
Merdiven bağlantı seri-paralel direnç bağlantısında özel bir bağlantıdır. Dijital-Analog
dönüşümlerinde gerilim değerini belli değerlere düşürmek için kullanılır. Aşağıdaki
örnekte bu bağlantı görülmektedir.
ÖRNEK-11:
Aşağıdaki şekilde toplam devre direncini ve akımını bulunuz.
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 6
DEVRE ANALİZİ
R1
1KΩ
+
VS
R3
R5
2 KΩ
5 KΩ
R2
R4
7 KΩ
10 KΩ
R6
5 KΩ
- 45V
ÇÖZÜM:
RX
R1
1KΩ
R5
2 KΩ
5 KΩ
RX = R5 + R6
R X = 5 KΩ + 5 KΩ
+
VS
-
R3
R2
R4
7 KΩ
10 KΩ
RX = 10 KΩ
R6
5 KΩ
45V
R3
R1
2 KΩ
1KΩ
RY
+
VS
-
R2
R4
7 KΩ
RX
10 KΩ
10 KΩ
45V
RY = RX R4
RY =
R 10 KΩ
=
= 5 KΩ
n
2
RZ
R3
R1
2 KΩ
1KΩ
RZ = R3 + RY
+
VS
-
R2
RY
7 KΩ
5 KΩ
RZ = 2 KΩ + 5 KΩ
RZ = 7 KΩ
45V
R1
1KΩ
RA
+
VS
-
R2
RZ
7 KΩ
7 KΩ
45V
RA = RX R4
RA =
R 7 KΩ
=
= 3,5KΩ
n
2
R1
1KΩ
+
RA
3,5 KΩ
VS
-
45V
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 7
DEVRE ANALİZİ
RT = R1 + RA
RT = 1KΩ + 3,5KΩ
RT = 4,5KΩ
IT =
VS
45V
=
RT
4,5 KΩ
I T = 10mA
6.4. WESTON KÖPRÜSÜ
Weston köprüsü hassas direnç ölçümlerinde çok yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Ayrıca weston köprüsü transduserlerle birlikte gerinim (aşırı çalışma), sıcaklık ve
basınç gibi fiziksel büyüklükler ölçmek için kullanılır. Transduserler fiziksel
büyüklükleri elektriksel işaretlere çeviren elemanlardır. Şekilde weston köprüsü
şekilleri görülmektedir. Köprü dört adet dirençten ve bir gerilim kaynağından
meydana gelir. A-B arası çıkış gerilimidir. Weston köprüsü dengede olduğu zaman
çıkış gerilimi VO = 0’dır.
I1
R1
+
A
V
R2
+
B
A
V
VO
-
I2
R1
R2
B
VO
R3
R4
I3
R3
(a)
I4
R4
(b)
Şekil 6.5. Weston Köprüsü
Weston köprüsü dengeye geldiği zaman VR1 ve VR2 gerilimleri eşittir. Aynı şekilde VR3
ve VR4 gerilimleri de birbirine eşittir.
VR 1 VR 2
=
VR 3 VR 4
I1.R1 I 2 .R2
=
I 3 .R3 I 4 .R4
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 8
DEVRE ANALİZİ
I1 = I3 ve I2 = I4 olduğundan akımlar birbirini götürür.
R1 R 2
=
R3 R4
Weston köprüsü dengedeyken elde edilen denklemi kullanarak bilinmeyen dirençleri
kolaylıkla bulabiliriz.
ÖRNEK-12:
Aşağıdaki şekilde weston köprüsü dengede olduğuna göre RX direncinin değerini
bulunuz.
ÇÖZÜM:
R2
RX
150Ω
+
A
V
B
R1 R2
=
R3 R4
⇒
150Ω
RX
=
1200Ω 100Ω
VO
R3
1200Ω
R4
100Ω
RX =
(1200Ω).(150Ω)
100Ω
R X = 1800Ω
6.5. ÜÇGEN-YILDIZ BAĞLANTI (∆-λ) VE DÖNÜŞÜMLERİ
Şekillerde üçgen bağlantı ve yıldız bağlantı görülmektedir. Bazen üçgen bağlantının
yıldız bağlantıya veya yıldız bağlantının üçgen bağlantıya dönüşümleri devre analizini
kolaylaştırmak açısından gerekmektedir. Bu dönüşümleri gerçekleştirmek için
aşağıdaki denklemler kullanılır.
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 9
DEVRE ANALİZİ
RA
R3
R2
RB
RC
R1
Şekil 6.6. Üçgen-Yıldız bağlantı
Üçgen ⇒ Yıldız Dönüşümü (∆-λ):
RA =
R2 .R3
R1 + R2 + R3
RB =
R1 .R3
R1 + R2 + R3
RC =
R1 .R2
R1 + R2 + R3
Eğer dirençlerin hepside birbirine eşitse (R1 = R2 = R3 = R);
R A = RB = RC =
R
3
Yıldız ⇒ Üçgen Dönüşümü (λ-∆):
R1 =
R A .RB + RB .RC + R A .RC
RA
R2 =
R A .R B + R B .RC + R A .RC
RB
R3 =
R A .R B + R B .RC + R A .RC
RC
Eğer dirençlerin hepside birbirine eşitse (RA = RB = RC = R);
R1 = R2 = R3 = 3.R
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 10
DEVRE ANALİZİ
ÖRNEK-13:
Aşağıdaki devrede üçgen-yıldız dönüşümünü yapınız.
RA=?
R3
2Ω
3Ω
R2
RB=?
RC=?
5Ω
R1
ÇÖZÜM:
RA =
RB =
RC =
R2 .R3
3Ω .2Ω
=
= 0 ,6 Ω
R1 + R2 + R3 5Ω + 3Ω + 2Ω
0 ,6 Ω
R1 .R3
5Ω .2Ω
=
= 1Ω
R1 + R2 + R3 5Ω + 3Ω + 2Ω
RA
RB
R1 .R2
5Ω .3Ω
=
= 1,5Ω
R1 + R2 + R3 5Ω + 3Ω + 2Ω
RC
1Ω
1,5Ω
ÖRNEK-14:
Aşağıdaki devrede yıldız-üçgen dönüşümünü yapınız.
1Ω
RA
R3=?
RB
R2=?
RC
1Ω
2Ω
R1=?
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi
BLM 223 11
DEVRE ANALİZİ
ÇÖZÜM:
R1 =
R A .RB + RB .RC + R A .RC 1.1 + 1.2 + 1.2
=
= 5Ω
1
RA
R2 =
R A .RB + RB .RC + R A .RC 1.1 + 1.2 + 1.2
=
= 5Ω
1
RB
R3 =
R A .RB + RB .RC + R A .RC 1.1 + 1.2 + 1.2
=
= 2,5Ω
2
RC
R3
5Ω
2,5Ω
R2
5Ω
R1
ÖRNEK-15:
Aşağıdaki devrede üçgen-yıldız dönüşümünü yapınız.
RA=?
R3
9Ω
9Ω
R2
RB=?
RC=?
9Ω
R1
ÇÖZÜM:
Eğer dirençlerin hepside birbirine eşitse (R1 = R2 = R3 = R);
R A = RB = RC =
R 9
= = 3Ω
3 3
olarak bulunur.
KAYNAKÇA
Hüseyin DEMİREL, DC-AC Devre Analizi, BİRSEN YAYINEVİ, İSTANBUL, 2013.
KBUZEM
Karabük Üniversitesi Uzaktan Eğitim Uygulama ve Araştırma Merkezi