9 soluciones importantes sobre la teoría de circuitos

[Preguntas especialmente seleccionadas para GATE, JEE, NEET]

En la serie de teoría de circuitos, hemos encontrado algunas reglas, fórmulas y métodos fundamentales pero esenciales. Averigüemos algunas aplicaciones de ellos y comprendamos con mayor claridad. Los problemas serán principalmente sobre: ​​KCL, KVL, teorema de Thevenin, teorema de Norton, teorema de superposición, teorema de transferencia de potencia máxima.

Manos que ayudan para la resolución de problemas en la teoría de circuitos:

  1. Leyes de Kirchhoff: KCL, KVL
  2. Circuitos de CA puros
  3. Teorema de Thevenin
  4. Teorema de norton
  5. Teorema de superposición
  6. Teorema de transferencia de potencia máxima
  7. Teorema de Millman
  8. Conexión estrella y delta

Teoría de circuitos: 1. Descubra la potencia máxima que se puede transferir a la carga RL para el circuito dado a continuación. Aplicar los teoremas requeridos de la teoría de circuitos.

Teoría de circuitos
Teoría de circuitos Problemas, imagen - 1
  • Solución: Retire la resistencia de carga de los circuitos y la fuente de voltaje para averiguar la resistencia equivalente.

Entonces, la resistencia o la impedancia (circuito de CA) del circuito a través del terminal abierto:

ZTH = 2 || j2 = (2 x j2) / (2 + j2) = j2 / (1 + j)

O, ZTH = 2∠90o / √2 ∠45o

O, ZTH = √2 ∠45o

Ahora, calcularemos la corriente a través de la resistencia de j2 ohmios.

yo = 4 ∠0o / (2 + j2)

O, I = 2 / (1 + j) = √2 ∠ - 45o

El voltaje equivalente de Thevenin viene como VTH = yo * j2.

O, VTH = 2√2 ∠45o V

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 2

Ahora podemos volver a dibujar el circuito en el circuito equivalente de Thevenin.

Ahora, del teorema de transferencia de potencia, RL = | zTH| = √2 ohmios para máxima potencia.

Ahora, la corriente a través de la cargaL V =TH / (RTH + RL)

O yoL = 2√2 ∠45o / (√2 + √2 ∠45o)

O YOL = 2∠45o / (1 + 1∠45o)

O YOL = 2∠45o / [1 + (1 + √2) + (j / √2)]

O YOL = 1.08∠22.4o A

|IL| = 1.08 Entonces, la potencia máxima es: | IL2| RL = (1.08 x 1.08) x √2 = 1.65 W.

Leyes de Kirchhoff: KCL, KVL

Teoría de circuitos: 2. Descubra la resistencia equivalente de Norton en la terminal AB, para el circuito que se indica a continuación.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 3
  • Solución: Al principio, aplicaremos una fuente de voltaje en el circuito abierto en el terminal AB. Lo llamamos VDC y supongo que yoDC fluye de él.

Ahora, aplicamos la ley de la corriente de Kirchhoff para hacer un análisis nodal en el nodo a. Podemos escribir,

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 4

(Vdc - 4I) / 2 + (Vdc / 2) + (Vdc / 4) = yodc

Aquí, I = Vdc / 4

O 4I = Vdc

De nuevo, (Vdc - Vdc) / 2 + Vdc / 2+Vdc / 4 = yodc

O, 3Vdc / 4 = yodc

Y Vdc / Idc = RN

O, RN = 4/3 = 1.33 ohmios.

Entonces, la resistencia equivalente de Norton es de 1.33 ohmios.

Teoría de circuitos: 3. Averigüe el valor de R1 en el circuito equivalente en Delta de la red conectada en estrella dada.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 5
  • Solución: Este problema se puede resolver fácilmente, utilizando la fórmula de conversión de la estrella a la conexión delta.
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Problemas de teoría de circuitos, imagen 6

Supongamos que Ra = 5 ohmios, Rb = 7.5 ohmios y Rc = 3 ohmios.

Ahora, aplicando la fórmula,

R1 = Ra + Rc + (Ra *Rc Rb)

O, R1 = 5 + 3 + (5x3) / 7.5

O, R1 = 5 + 3 + 2 = 10 ohmios.

Entonces, la resistencia R1 Delta Equivalente es: 10 ohmios.

Teoría de circuitos: 4. Descubra la corriente que fluye a través de la resistencia R2 para el circuito que se indica a continuación.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 7

Supongamos que la corriente 'I' amperio fluye a través del R2 (resistencia de 1 kiloohmio). Podemos decir que la corriente a través de la resistencia de 2 kiloohmios será (10 - I) Amperio (como la corriente de una fuente de 10 A será de 10 A). De manera similar, la corriente de la cotización de 2 A será de 2 A y, por lo tanto, la corriente a través de la resistencia de 4 kiloohmios será (I - 2) Ampere.

Ahora, aplicamos la ley de voltaje de Kirchhoff en el bucle. Podemos escribir

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 8

Yo x 1 + (Yo - 2) x 4 + 3 x Yo - 2 x (10 - Yo) = 0

O, 10I - 8 - 20 = 0

O, yo = 28/10

O, yo = 2.8 mA

Entonces, la corriente a través de la resistencia R2 es 2.8 mA.

Teoría de circuitos: 5. Si la resistencia equivalente para la escalera paralela infinita dada en la imagen de abajo es Req, calcula Req / R. También encuentre el valor de Req cuando R = 1 ohmio.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 9
  • Solución: Para resolver el problema, debemos saber el equivalente resistencia del infinito escalera paralela. está dada por RE = R x (1 + √5) / 2.

Entonces, podemos reemplazar el circuito en el siguiente.

Teoría de circuitos
Problemas de teoría de circuitos, imagen 10

La resistencia equivalente viene aquí: Req = R + RE =R+1.618R

O, Req / R = 2.618

Y cuando R = 1 ohm, Req = 2.618 x 1 = 2.618 ohmios.

Teoría de circuitos: 6. Una fuente de voltaje suministra voltaje, Vs(t) = V Cos100πt. La fuente tiene una resistencia interna de (4 + j3) ohmios. Descubra la resistencia de una carga puramente resistiva, para transferir la máxima potencia.

  • Solución: Sabemos que la potencia transmitida por un circuito puramente resistivo es la potencia media transferida.

Entonces, RL = √ (Rs2 + Xs2)

O, RL = √ (42 + 32)

O, RL = 5 ohm.

Entonces, la carga será de 5 ohmios.

Teoría de circuitos: 7.  Encuentre la impedancia equivalente de Thevenin entre el nodo 1 y 2 para el circuito dado.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 11
  • Solución: Para encontrar la impedancia equivalente de Thevenin, necesitamos conectar una fuente de voltaje de 1 voltio en el lugar del nodo 1 y 2. Luego calcularemos el valor actual.

Entonces, ZTH = 1 / yoTH

ZTH es la resistencia deseada que tenemos que encontrar. yoTH es la corriente que fluye debido a la fuente de voltaje.

Ahora aplicando la ley de la corriente de Kirchhoff en el nodo B,

iAB + 99ib - YoTH =0

O yoAB + 99ib = ITH --- (yo)

Aplicando KCL en el nodo A,

ib - yoA - yoAB = 0

o yob = iA + yoAB ——- (iii)

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 12

De la ecuación (i) y (ii) podemos escribir,

ib - yoA + 99ib = ITH

O, 100ib - yoA = ITH ——- (iii)

Ahora, aplicamos la ley de voltaje de Kirchhoff en el bucle exterior,

10x103ib = 1

O yob = 10-4 A.

Y también,

10x103ib = - 100iA

O yoA = - 100iA

De la ecuación (iii), podemos escribir,

100iA + 100ib = ITH

O yoTH = 200ib

O yoTH = 200 x 10-4 = 0.02

Entonces, ZTH = 1 / yoTH = 1 / 0.02 = 50 ohmios.

S, la impedancia entre los nodos 1 y 2 es de 50 ohmios.

Teoría de circuitos: 8. A continuación se muestra un circuito complejo. Supongamos que ambas fuentes de voltaje del circuito están en fase entre sí. Ahora, el circuito está dividido virtualmente en dos partes A y B por las líneas de puntos. Calcule el valor de R en este circuito para el cual se transfiere la potencia máxima de la Parte A a la Parte B.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 13
  • Solución: El problema se puede solucionar en unos pocos pasos.

Primero, encontramos la corriente 'i' a través de R.

O, i = (7 / (2 - R) A

A continuación, corriente a través de la fuente de 3 V,

i1 = yo - (3 / -j)

O yo1 = yo - 3j

Luego, calculamos la potencia transferida del circuito B al A.

P = yo2R + yo1 x 3

O, P = [7 / (2 - R)]2 x R + [7 / (2 - R)] x 3 —- (i)

Ahora, la condición para transferir la potencia máxima es dP / dR = 0.

Entonces, diferenciando la ecuación (i) con respecto a R, podemos escribir:

[7 / (2 - R)]2 + 98R / (2 + R)2 - 21 / (2 + R)2 = 0

O, 49 x (2 + R) - 98R - 21 x (2 + R)2 = 0

O 98 + 42 = 49R + 21R

O, R = 56/70 = 0.8 ohmios

Entonces, el valor R para la transferencia de potencia máxima de A a B es 0.8 ohmios.

Comprobar: Teorema de transferencia de potencia máxima

Teoría de circuitos: 9. Descubra el valor de la resistencia para la máxima transferencia de potencia. Además, averigüe la potencia máxima entregada.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 14
  • Solución: En el primer paso, retire la carga y calcule la resistencia de Thevenin. 

VTH =V*R2 / (R1 + R2)

O, VTH = 100 * 20 / (20 +30)

O, VTH = 4 V

Las resistencias están conectadas en paralelo.

Entonces, RTH = R1 || R2

O, RTH = 20 || 30

O, RTH = 20 * 30 / (20 + 30)

O, RTH = 12 ohmios

Ahora, el circuito se vuelve a dibujar utilizando los valores equivalentes. Para una transferencia de potencia máxima, RL = RTH = 12 ohmios.

Potencia máxima PMAX V =TH2 / 4RTH.

O, PMAX = 1002 / (4 × 12)

O, PMAX = 10000 / 48

O, PMAX = 208.33 vatios

Entonces, la potencia máxima entregada fue de 208.33 vatios.

Teoría de circuitos: 10. Calcule la carga para la máxima transferencia de potencia. Descubra también la potencia transferida.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 15
  • Solución:

En el primer paso, retire la carga y calcule el voltaje de Thevenin ahora.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 16

Entonces, VAB V =A - VB

VA viene como: VA =V*R2 / (R1 + R2)

O, VA = 60 * 40 / (30 + 40)

O, VA = 34.28 v

VB viene como:

VB =V*R4 / (R3 + R4)

O, VB = 60 * 10 / (10 + 20)

O, VB = 20 v

Entonces, VAB V =A - VB

O, VAB = 34.28 - 20 = 14.28 v

En el siguiente paso, cálculo de la resistencia. Como dice la regla, elimine el voltaje y cortocircuite la conexión.

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 17

RTH = RAB = [{R1R2 / (R1 + R2)} + {R3R4 / (R3 + R4)}]

O, RTH = [{30 × 40 / (30 + 40)} + {20 × 10 / (20 + 10)}]

O, RTH = 23.809 ohms

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Problemas de teoría de circuitos, imagen 18

Ahora, vuelva a dibujar la conexión con los valores calculados. Para una transferencia de potencia máxima, RL = RTH = 23.809 ohmios.

El valor de carga será = 23.809 ohmios.

La potencia máxima es PMAX V =TH2 / 4RTH.

O, PMAX = 14.282 / (4 × 23.809)

O, PMAX = 203.9184 / 95.236

O, PMAX = 2.14 vatios

Entonces, la potencia máxima entregada fue de 2.14 vatios.