Elektrik Devre Temelleri

Elektrik devrelerinin temel büyüklükleri olan akım, gerilim, güç ve enerji kavramları fiziksel anlamlarıyla ele alınır. Direnç, iletkenlik, bağımsız ve bağımlı kaynaklar, pasif işaret kuralı ve güç hesabı incelenir. Bu bölümde devre elemanlarının uç değişkenleri, seri-paralel bağlantılar ve temel eşdeğer direnç hesapları problem çözümüyle çalışılır.

Kirchhoff akım yasası ve Kirchhoff gerilim yasası kullanılarak devre denklemlerinin nasıl kurulduğu incelenir. Düğüm gerilimi yöntemi, çevre akımı yöntemi, kaynak dönüşümü ve bağımlı kaynak içeren devrelerin analizi problem çözümüyle ele alınır. Bu bölümde devre topolojisi ile matematiksel denklem sistemi arasındaki ilişki kurulur.

Doğru akım devrelerinde süperpozisyon, Thevenin teoremi, Norton teoremi ve maksimum güç transferi teoremi incelenir. Karmaşık direnç ağlarının eşdeğer devreye indirgenmesi, yük direnci üzerindeki güç hesabı ve kaynak-yük ilişkisi problem çözümüyle çalışılır. Bu bölümde devre teoremlerinin mühendislik problemlerinde çözümü sadeleştirme amacı vurgulanır.

Kapasitör ve indüktör elemanlarının gerilim-akım ilişkileri, enerji depolama davranışları ve başlangıç koşulları incelenir. Kapasitörde elektrik alan enerjisi, indüktörde manyetik alan enerjisi ve devre değişkenlerinin süreklilik koşulları ele alınır. Seri-paralel kapasitör ve indüktör eşdeğerleri problem çözümüyle çalışılır.

Birinci mertebe RC ve RL devrelerinde anahtarlama sonrası geçici rejim davranışı diferansiyel denklem yaklaşımıyla incelenir. Doğal cevap, zorlanmış cevap, zaman sabiti, başlangıç ve son durum değerleri ele alınır. Şarj, deşarj, akım/gerilim değişimi ve zaman alanında devre cevabı problem çözümüyle çalışılır.

RLC devrelerinde ikinci mertebe diferansiyel denklem yapısı, doğal frekans, sönüm oranı ve karakteristik kökler üzerinden incelenir. Aşırı sönümlü, kritik sönümlü ve az sönümlü devre davranışları fiziksel olarak yorumlanır. Seri ve paralel RLC devrelerinde geçici cevap, rezonans eğilimi ve enerji değişimi problem çözümüyle ele alınır.

Sinüzoidal kaynaklar altında devre cevabı, genlik, frekans, açısal frekans, faz farkı ve RMS değerler üzerinden incelenir. Fazör gösterimi, kompleks sayılarla devre analizi, empedans ve admitans kavramları ele alınır. Direnç, kapasitör ve indüktörün AC davranışı problem çözümüyle çalışılır.

AC devrelerde düğüm gerilimi, çevre akımı, Thevenin/Norton eşdeğerleri ve fazör tabanlı çözüm yöntemleri uygulanır. Anlık güç, ortalama güç, reaktif güç, görünür güç, güç faktörü ve kompleks güç kavramları incelenir. Seri ve paralel RLC devrelerinde rezonans, bant genişliği ve kalite faktörü temel düzeyde ele alınır.

Üç fazlı sistemler dengeli kaynaklar, faz-nötr gerilimi, hat gerilimi, faz akımı ve hat akımı kavramları üzerinden tanıtılır. Yıldız ve üçgen bağlantılar, dengeli yükler ve üç fazlı güç hesabı problem çözümüyle çalışılır. Bu bölümde üç fazlı devrelerin elektrik makineleri ve güç sistemleriyle ilişkisi temel düzeyde açıklanır.

Yarı iletken devre elemanlarına giriş kapsamında diyot ve transistörün temel çalışma prensipleri incelenir. Diyotun ideal ve yaklaşık modelleri, doğrultucu devreler, kırpıcı ve kenetleyici devreler temel düzeyde ele alınır. Transistör için anahtarlama ve yükseltme fikri, devre içindeki temel kullanım mantığıyla birlikte yorumlanır.

Operational amplifier devreleri ideal op-amp varsayımları üzerinden incelenir. Sanal kısa devre, giriş akımının ihmal edilmesi, negatif geri besleme, tersleyen ve terslemeyen yükselteç yapıları ele alınır. Toplayıcı, fark yükselteci, integratör ve türevleyici devrelerin temel analizleri problem çözümüyle çalışılır.

Elektrik makineleri, elektrik enerjisi ile mekanik enerji arasındaki dönüşüm prensibi üzerinden temel düzeyde tanıtılır. Manyetik alan, elektromanyetik kuvvet, indüksiyon, transformatör mantığı, DC motor/jeneratör, senkron ve asenkron makine kavramlarına giriş yapılır. Bu bölümde elektrik devreleri, manyetik devreler ve enerji dönüşümü arasındaki bağlantı mühendislik uygulamalarıyla ilişkilendirilir.