Additional Techniques for Circuit Analysis Chapter 5 Additional Techniques for Circuit Analysis 4/22/2019

Chapter 5 Basic Electric Circuit Concepts 5.1 Introduction 5.2 Superposition 5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 5.4 Maximum Power Transfer 5.5 DC Spice Analysis using Schemetic Capture 5.6 Application Examples 5.7 Design Examples Summary Problems

5.1 Introduction 등가성(Equivalence) (a) (b) (a (c) (d)

5.1 Introduction Example 5.1 출력 Vout을 구하라. 선형성(Linearity)  

5.1 Introduction Example 5.1 출력 Vout을 구하라.  

5.1 Introduction Learning ASSESSMENT E5.1   5.1 Introduction Learning ASSESSMENT E5.1 선형성을 이용하여 I =6[mA]일 때의 전류 I 0를 구하라. (a) (b)

5.1 Introduction Learning ASSESSMENT E5.1 선형성을 이용하여 I =6[mA]일 때의 전류 I 0를 구하라.

5.2 Superposition 중첩의 원리(principle of superposition) 여러 개의 독립전원을 포함하고 있는 선형 회로에서, 회로 내의 어떤 점에서의 전류 또는 전압은 각 독립전원이 단독으로 존재할 때의 성분을 대수적으로 합함으로써 얻어진다. 하나의 독립전원에 의한 전류, 전압을 구할 때, 나머지 전압원은 단락상태, 전류원은 개방상태로 놓아야 한다 종속전원회로에서는 종속전원을 0으로 만들 수 없기 때문에 적용하지 않는다.

5.2 Superposition Example 5.2 3kΩ에 흐르는 전류 를 구하라.

5.2 Superposition Example 5.2 3kΩ에 흐르는 전류 를 구하라. 중첩의 원리 (a)   Example 5.2 3kΩ에 흐르는 전류 를 구하라.   중첩의 원리 (a) 3kΩ에 흐르는 전류 (b) (루프해석법과 같다)

5.2 Superposition Example 5.3 중첩의 원리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (b) (c)   5.2 Superposition Example 5.3 중첩의 원리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (b) (c) → 마디해석법은 생략

  5.2 Superposition Example 5.4 중첩의 원리를 이용하여 V0를 구하라. V1 (b) (c) 8/3

5.2 Superposition Example 5.4 중첩의 원리를 이용하여 V0를 구하라. (d) (e)   5.2 Superposition     Example 5.4 중첩의 원리를 이용하여 V0를 구하라.     (d)   (e) → 루프 해석법은 생략

5.2 Superposition Example 5.5 OP앰프회로

5.2 Superposition 문제풀이 전략 1 단계. 여러 개의 독립전원 중에서 하나만을 남기고 다른 전원을 없앤다. 1 단계. 여러 개의 독립전원 중에서 하나만을 남기고 다른 전원을 없앤다. 2 단계. 이때 없애는 전원 중에서 전압원은 단락, 전류원은 개방상태로 대치한다. 3 단계. 각각의 전원에 대해서 전압, 전류를 구한다. 4 단계. 각 전원에 의해 구해진 전압, 전류를 대수적으로 합한다.

5.2 Superposition Learning ASSESSMENT E5.2 중첩의 원리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (b)

5.2 Superposition Learning ASSESSMENT E5.2 중첩의 원리를 이용하여 V0를 구하라.

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 테브낭과 노턴의 등가회로 (a) 테브낭의 등가회로 (b) 노턴의 등가회로

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 테브낭의 정리(Thevenin’s Theorem) (a) 일반회로망 (b) 테브난의 등가회로 테브난의 정리는 해석하고자 하는 부분을 제외하고 나머지 회로망을 <전압원의 등가회로>로 대치시키는 정리

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 테브낭의 정리(Thevenin’s Theorem) (a) V OC를 구하는 방법 (b) RTh 를 구하는 방법 *모든 전압원 단락, 모든 전류원 개방한 상태에서 합성저항(등가저항)을 구한다.

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems (a) 일반회로망 (b) 노턴의 등가회로 노턴의 정리는 해석하고자 하는 부분을 제외하고 나머지 회로망을 <전류원의 등가회로>로 대치시키는 정리

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems (a) i SC를 구하는 방법 (b) RTh 를 구하는 방법 *모든 전압원 단락, 모든 전류원 개방한 상태에서 합성저항(등가저항)을 구한다.

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 독립전원만을 갖는 회로 Example 5.6 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.6 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (c) (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.6 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (e) 전압원과 전류원과 저항이 병렬 (f)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.7 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (b) (c)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.7 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (d) - + (e)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.7 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (f)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems   5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.8 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라.   (a) (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems   Example 5.8 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라.     (c)   (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems   5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.8 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라.   (a) (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.8 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (c) X6k (d)  

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems     5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.3 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라.   (a) +   - (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems     5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems   Learning ASSESSMENT E5.3 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라.     (c) (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.4 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.4 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (c) (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.4 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (b) (c)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.4 테브낭과 노턴의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 종속전원만을 갖는 회로 종속전원만을 갖는 회로의 테브낭 및 노턴의 등가회로는 단지 등가저항 RTh 뿐이다. 따라서 등가저항은, 1V의 전압원을 연결한 다음 I0를 구해서 RTh = 1/ I0로 구한다. 1mA의 전류원을 연결한 다음 V2를 구해서 RTh = V2/ 0.001로 구한다.

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.9 단자 A-B에 대해서 테브낭 등가회로를 구하라. 1V의 전압원을 연결한 다음 I0를 구한다 (a) (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.9 단자 A-B에 대해서 테브낭 등가회로를 구하라. 3 / 7 [V] 2Vx (b) RTh 등가회로는 저항 RTH만의 회로로 된다.

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.10 단자 A-B에 대해서 RTh를 구하라. (이항) (a) (b) RTh

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 독립전원과 종속전원을 포함하는 회로 독립전원과 + 종속전원의 회로에서는 테브낭의 등가저항은 개방전압 Voc와 단락전류 I sc를 구해서 다음 식으로 구한다.

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.11 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (1) 개방전압 Voc (a) VOC+12 -2000 I’x VOC (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.11 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (2) 단락전류 I sc (c) (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.11 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (3) (e)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.12 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (1) 개방전압 Voc (a) + - (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.12 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (2) 단락전류 I sc I3를 구해서 Isc = I3 + Vx”/ 2000를 구한다. (A점) (c) A (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.12 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (c) (e)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.13 테브낭 정리를 이용하여 V0를 구하라. (a) (a) ' (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.13 테브낭 정리를 이용하여 V0를 구하라. 출력전압은 , 테브낭의 정리를 이용하려면 종속전원이 있으므로 개방전압과 단락전류를 구해서 RTH를 구한 다음 구한다. (1) 개방전압 VOC2 (c) - + (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.13 테브낭 의 정리를 이용하여 V0를 구하라. V2 (2) (e) (f) 마디전압과 가지전류

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.13 테브낭 의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (g)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 문제풀이 전략 (테브낭의 정리를 적용하는 경우 ) 1 단계. 부하제거 한 개방회로에서 개방전압 Voc를 구한다. 2 단계. 부하 개방회로에서 등가저항 RTh를 결정한다. (a) 독립전원만의 회로 : 전압원 단락, 전류원 개방 상태에서 등가저항을 구한다. (b) 종속전원만의 회로 : 임의의 전압원과 전류원을 개방단자에 적용시켜서 전압, 전류를 구한 다음 등가저항(전압/전류)을 구한다. (c) 독립전원+종속전원회로 : 개방전압과 단락전류를 구해서 등가저항(전압/전류)를 구한다. 3 단계. 테브낭의 등가회로를 구성하여 해를 구한다.

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.5 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (1) 개방전압 VOC (a) (b) 12V와 전위가 다름

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.5 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (2) 단락전류 ISC (c)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.5 테브낭의 정리를 이용하여 V0를 구하라. (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems 전원의 변환 (a) 전압원 등가 → 전류원 등가변환 (b) 전류원 등가 → 전압원 등가변환

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.14 전원변환을 이용하여 V0를 구하라. (a) (b) (c)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.14 전원변환을 이용하여 V0를 구하라. (d) (e) (f)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.14 전원변환을 이용하여 V0를 구하라. (g) (h)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.6 전원변환을 이용하여 V0를 구하라. (a) (b)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Learning ASSESSMENT E5.6 전원변환을 이용하여 V0를 구하라. (c) (d)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.15 Excel 프로그램을 이용하여 Rx가 0~10kΩ으로 변화하는 경우 테브낭의 등가파라미터 V0c와 RTh의 변화를 그래프로 도시하라. (1) 개방전압 VOC를 구한다. (중첩의 원리 이용) (A) 6V 전원만에 의한 전압 VOC1 (a) (B) 12V 전원만에 의한 전압 VOC2 (b) (c)

5.3 Thevenin’s and Norton’s Theorems Example 5.15 Excel 프로그램을 이용하여 Rx가 0~10kΩ으로 변화하는 경우 테브낭의 등가파라미터 V0c와 RTh의 변화를 그래프로 도시하라. 따라서 개방전압 VOC (d) (2) 등가저항 RTh (2) 등가저항 RTh

5.4 Maximum Power Transfer 최대전력 전달조건 Pload

5.4 Maximum Power Transfer 최대전력 전달조건

5.4 Maximum Power Transfer Example 5.16 최대전력 전달을 위한 RL값을 구하고 부하에 전달되는 최대전력 Pmax을 구하라. ※ 테브낭의 등가회로로부터 구한다. (a) (b)

5.4 Maximum Power Transfer Example 5.16 최대전력 전달을 위한 RL값을 구하고 부하에 전달되는 최대전력 Pmax을 구하라. (c) RTh = (d)

5.4 Maximum Power Transfer Example 5.17 최대전력 전달을 위한 RL값을 구하고 부하에 전달되는 최대전력 Pmax을 구하라. ※ 종속전원+독립전원회로의 등가저항 RTh=VOC/ISC (1) 개방전압 VOC (a) (b)

5.4 Maximum Power Transfer Example 5.17 최대전력 전달을 위한 RL값을 구하고 부하에 전달되는 최대전력 Pmax을 구하라. (2) 단락전류 ISC 그림 (d)에서 (c) RTh (d) (e)

5.4 Maximum Power Transfer Learning ASSESSMENT E5.7 최대전력 전달을 위한 RL값을 구하고 부하에 전달되는 최대전력 Pmax을 구하라. (a) (b)

5.4 Maximum Power Transfer Learning ASSESSMENT E5.7 최대전력 전달을 위한 RL값을 구하고 부하에 전달되는 최대전력 Pmax을 구하라. (c) RTh (d)

5.4 Maximum Power Transfer Example 5.18 저항비 R2/R1의 함수로서 V0ut, I, Pout, Pout / Pin을 그래프로 도시하라.      

5.5 dc SPICE Analysis

5.5 dc SPICE Analysis Example 5.19 PSPICE를 사용하여 전압 V0와 전류 Ix를 구하라.

5.5 dc SPICE Analysis Example 5.20 PSPICE와 MATLAB을 사용하여 전압 V0를 구하라. PSPICE Schematics

Chapter 5 Basic Electric Circuit Concepts The End Thank You