Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
(EOD).Electric circuits.pdf
Скачиваний:
51
Добавлен:
23.08.2013
Размер:
614.65 Кб
Скачать

page 19

These methods are quite well suited to matrix solutions

Lets consider a simple problem,

Find Vo

 

10

 

20

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

 

I1

 

I2

 

 

 

 

Vo

 

 

 

30V

 

 

 

40

 

 

40

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

30

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

After adding the mesh currents (and directions) we may write equations,

VI1

= 0 = – 30 + 10I1 + 40( I1 I2) + 5I1

 

 

30 = 55I1 – 40I2

(1)

VI2

= 0 = 20I2 + 40I2 + 30I2 + 40( I2 I1)

 

 

0 = 40I1 – 130I2

(2)

Solve the equation matrix for I2, (I will use Cramer’s Rule)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

det

 

55

30

 

 

 

 

 

 

 

 

55

–40

30

 

 

 

 

 

 

 

 

40

0

 

 

 

 

 

 

55( 0)

– 30( 40)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

–130

0

 

I2 = ---------------------------------

 

 

 

 

=

------------------------------------------------------

= 0.216A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

55

( –130)

( –40) ( 40)

 

 

 

 

 

 

det

 

55

 

–40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

–130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Finally calculate the voltage across the 40 ohm resistor,

VO = 40I2 = 8.6V

3.1.4 More Advanced Applications

page 20

3.1.4.1 - Voltage Dividers

• The voltage divider is a very common and useful circuit configuration. Consider the circuit below, we add a current loop, and assume there is no current out at Vo,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

Vo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

First, sum the voltages about the loop,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V = – Vs + IR1 + IR2

= 0

 

 

 

 

 

I =

Vs

 

 

 

 

 

 

 

-----------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1 + R2

Next, find the output voltage, based on the current,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

= IR

 

=

 

 

 

Vs

R

 

=

V

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

-----------------

 

------------------

 

 

 

 

o

 

2

 

R

1

+ R

 

2

 

 

 

s

R

1

+ R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

page 21

ASIDE: variable resistors are often used as voltage dividers. As the wiper travels along the resistor the output voltage changes.

Vs +

Vo

3.1.4.2 - The Wheatstone Bridge

• The wheatstone bridge is a very common engineering tool for magnifying and measuring signals. In this circuit a supply voltage Vs is used to power the circuit. Resistors R1 and R2 are generally equal, Rx is a resistance to be measured, and R3 is a tuning resistor. An ammeter is shown in the center, and resistor R3 is varied until the current in the center Ig is zero.

page 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vs

 

 

 

 

 

 

Ig

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rx

R3

For practice try to show the relationship below holds for a balanced bridge (ie, Ig=0),

Rx =

R2R3

-----------

 

R1

3.1.4.3 - Tee-To-Pi (Y to Delta) Conversion

It is fairly common to use a model of a circuit. This model can then be transformed or modified as required.

A very common model and conversion is the Tee to Pi conversion in electronics. A similar conversion is done for power circuits called delta to y.

page 23

a

 

 

 

 

b

a

 

Rc

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

Rc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ra

 

 

Rb

 

Ra

 

Rb

 

 

 

c

 

 

 

 

c

c

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pi

 

 

 

Delta

 

a

R1

 

R2

a

 

 

b

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

c

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tee

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• We can find equivalent resistors considering that,

 

 

 

 

 

 

 

page 24

Rac

=

1

= R1

+ R3

 

R

 

( R

 

+ R )

 

 

 

 

 

b

c

 

 

 

 

1

+

1

 

 

 

 

a

=

R1 + R3

(1)

 

-----

+ Ra

 

R------------------------------a + Rb + Rc

 

Rb

Rc

 

 

 

 

 

Rab

=

1

= R1

+ R2

 

R

 

( R

 

+ R )

 

 

 

 

 

c

a

 

 

 

 

1

+

1

 

 

 

 

b

=

R2 + R3

(2)

 

-----

+ Rb

 

R------------------------------a + Rb + Rc

 

Rc

Ra

 

 

 

 

 

Rbc

=

1

= R2

+ R3

 

R

 

( R

 

+ R )

 

 

 

 

 

a

b

 

 

 

 

1

+

1

 

 

 

 

c

=

R2 + R3

(3)

 

-----

+ Rc

 

R------------------------------a + Rb + Rc

 

Ra

Rb

 

 

 

 

 

To find R1, (1)-(3)+(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rb( Rc + Ra) – Ra( Rb + Rc) + Rc( Ra + Rb)

 

 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

Ra + Rb + Rc

 

 

 

= R1 + R3 R2 R3 + R2 + R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RbR

c

+ RbR

a

RaR

b

RaR

c

+ Rc R

a

+ RcR

b = 2R1

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ra + Rb + Rc

 

 

 

 

 

R1

=

 

RbRc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R------------------------------a + Rb + Rc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Likewise,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

=

 

 

RaRc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R------------------------------a

+ Rb

+ Rc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

=

 

 

RaRb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R------------------------------a

+ Rb

+ Rc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• To find the equivalents the other way,