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Esercizi sul Teorema di Norton

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Versione italiana

Esercizi sul Teorema di Norton

Concetti Chiave

Il Teorema di Norton afferma che qualsiasi circuito lineare, composto da resistori e sorgenti di tensione e corrente, può essere semplificato in un circuito equivalente formato da una sorgente di corrente I_NINI_N in parallelo con una resistenza R_NRNR_N.

Passaggi per Applicare il Teorema di Norton

  1. Identificare il carico: Rimuovere il carico dal circuito per analizzare il circuito rimanente.
  2. Calcolare I_NINI_N: Trovare la corrente che scorre attraverso il carico rimosso. Questa è la corrente di Norton.
  3. Calcolare R_NRNR_N: Trovare la resistenza equivalente vista dai terminali del carico, con tutte le sorgenti indipendenti spente (sorgenti di tensione cortocircuitate e sorgenti di corrente aperte).
  4. Ricostruire il circuito: Sostituire il circuito originale con il circuito equivalente di Norton.

Esercizi

Esercizio 1: Circuito Semplice

Considera il seguente circuito:

  • Una sorgente di tensione V = 12 \, VV=12 VV = 12 \, V
  • Un resistore R_1 = 4 \, \OmegaR1=4 ΩR_1 = 4 \, \Omega
  • Un resistore R_2 = 8 \, \OmegaR2=8 ΩR_2 = 8 \, \Omega

Calcola I_NINI_N e R_NRNR_N rispetto ai terminali del resistore R_2R2R_2.

Esercizio 2: Circuito con Sorgente di Corrente

Considera un circuito con:

  • Una sorgente di corrente I = 3 \, AI=3 AI = 3 \, A
  • Due resistori R_1 = 6 \, \OmegaR1=6 ΩR_1 = 6 \, \Omega e R_2 = 12 \, \OmegaR2=12 ΩR_2 = 12 \, \Omega in parallelo

Calcola I_NINI_N e R_NRNR_N rispetto ai terminali del carico che si trova in parallelo con R_2R2R_2.

Soluzioni

Soluzione Esercizio 1

  1. Calcolo di I_NINI_N:

    • La corrente I_NINI_N che scorre attraverso R_2R2R_2 può essere calcolata usando il partitore di corrente. La corrente totale I_tItI_t che esce dalla sorgente è:
      I_t = \frac{V}{R_1 + R_2} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{12 \, V}{12 \, \Omega} = 1 \, A It=VR1+R2=12 V4 Ω+8 Ω=12 V12 Ω=1 A I_t = \frac{V}{R_1 + R_2} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{12 \, V}{12 \, \Omega} = 1 \, A
    • La corrente I_NINI_N che scorre attraverso R_2R2R_2 è quindi:
      I_N = I_t \cdot \frac{R_1}{R_1 + R_2} = 1 \, A \cdot \frac{4 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = 1 \, A \cdot \frac{4}{12} = \frac{1}{3} \, A \approx 0.33 \, A IN=It⋅R1R1+R2=1 A⋅4 Ω4 Ω+8 Ω=1 A⋅412=13 A≈0.33 A I_N = I_t \cdot \frac{R_1}{R_1 + R_2} = 1 \, A \cdot \frac{4 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = 1 \, A \cdot \frac{4}{12} = \frac{1}{3} \, A \approx 0.33 \, A
  2. Calcolo di R_NRNR_N:

    • Per calcolare R_NRNR_N, cortocircuitiamo la sorgente di tensione e calcoliamo la resistenza equivalente:
      R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{4 \, \Omega \cdot 8 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{32}{12} \, \Omega \approx 2.67 \, \Omega RN=R1∥R2=R1R2R1+R2=4 Ω⋅8 Ω4 Ω+8 Ω=3212 Ω≈2.67 Ω R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{4 \, \Omega \cdot 8 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{32}{12} \, \Omega \approx 2.67 \, \Omega

Soluzione Esercizio 2

  1. Calcolo di I_NINI_N:

    • La corrente I_NINI_N che scorre attraverso R_2R2R_2 è uguale alla corrente della sorgente, poiché i resistori sono in parallelo. La corrente totale I_tItI_t è:
      I_N = I = 3 \, A IN=I=3 A I_N = I = 3 \, A
  2. Calcolo di R_NRNR_N:

    • Per calcolare R_NRNR_N, dobbiamo considerare i resistori in parallelo:
      R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{6 \, \Omega \cdot 12 \, \Omega}{6 \, \Omega + 12 \, \Omega} = \frac{72}{18} \, \Omega = 4 \, \Omega RN=R1∥R2=R1R2R1+R2=6 Ω⋅12 Ω6 Ω+12 Ω=7218 Ω=4 Ω R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{6 \, \Omega \cdot 12 \, \Omega}{6 \, \Omega + 12 \, \Omega} = \frac{72}{18} \, \Omega = 4 \, \Omega

English version

Norton's Theorem Exercises

Key Concepts

Norton's Theorem states that any linear circuit, composed of resistors and voltage and current sources, can be simplified to an equivalent circuit consisting of a current source I_NINI_N in parallel with a resistance R_NRNR_N.

Steps to Apply Norton's Theorem

  1. Identify the load: Remove the load from the circuit to analyze the remaining circuit.
  2. Calculate I_NINI_N: Find the current flowing through the removed load. This is the Norton current.
  3. Calculate R_NRNR_N: Find the equivalent resistance seen from the load terminals, with all independent sources turned off (voltage sources shorted and current sources open).
  4. Rebuild the circuit: Replace the original circuit with Norton's equivalent circuit.

Exercises

Exercise 1: Simple Circuit

Consider the following circuit:

  • A voltage source V = 12 \, VV=12 VV = 12 \, V
  • A resistor R_1 = 4 \, \OmegaR1=4 ΩR_1 = 4 \, \Omega
  • A resistor R_2 = 8 \, \OmegaR2=8 ΩR_2 = 8 \, \Omega

Calculate I_NINI_N and R_NRNR_N with respect to the terminals of the resistor R_2R2R_2.

Exercise 2: Circuit with Current Source

Consider a circuit with:

  • A current source I = 3 \, AI=3 AI = 3 \, A
  • Two resistors R_1 = 6 \, \OmegaR1=6 ΩR_1 = 6 \, \Omega and R_2 = 12 \, \OmegaR2=12 ΩR_2 = 12 \, \Omega in parallel

Calculate I_NINI_N and R_NRNR_N with respect to the terminals of the load that is in parallel with R_2R2R_2.

Solutions

Solution Exercise 1

  1. Calculating I_NINI_N:
  • The current I_NINI_N flowing through R_2R2R_2 can be calculated using the current divider. The total current I_tItI_t flowing out of the source is:
    I_t = \frac{V}{R_1 + R_2} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{12 \, V}{12 \, \Omega} = 1 \, AIt=VR1+R2=12 V4 Ω+8 Ω=12 V12 Ω=1 AI_t = \frac{V}{R_1 + R_2} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{12 \, V}{12 \, \Omega} = 1 \, A
  • The current I_NINI_N flowing through R_2R2R_2 is therefore:
    I_N = I_t \cdot \frac{R_1}{R_1 + R_2} = 1 \, A \cdot \frac{4 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = 1 \, A \cdot \frac{4}{12} = \frac{1}{3} \, A \approx 0.33 \, AIN=It⋅R1R1+R2=1 A⋅4 Ω4 Ω+8 Ω=1 A⋅412=13 A≈0.33 AI_N = I_t \cdot \frac{R_1}{R_1 + R_2} = 1 \, A \cdot \frac{4 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = 1 \, A \cdot \frac{4}{12} = \frac{1}{3} \, A \approx 0.33 \, A
  1. Calculation of R_NRNR_N:
  • To calculate R_NRNR_N, we short the voltage source and calculate the equivalent resistance:
    R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{4 \, \Omega \cdot 8 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{32}{12} \, \Omega \approx 2.67 \, \Omega RN=R1∥R2=R1R2R1+R2=4 Ω⋅8 Ω4 Ω+8 Ω=3212 Ω≈2.67 Ω R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{4 \, \Omega \cdot 8 \, \Omega}{4 \, \Omega + 8 \, \Omega} = \frac{32}{12} \, \Omega \approx 2.67 \, \Omega

Solution Exercise 2

  1. Calculating I_NINI_N:
  • The current I_NINI_N flowing through R_2R2R_2 is equal to the source current, since the resistors are in parallel. The total current I_tItI_t is:
    I_N = I = 3 \, A IN=I=3 A I_N = I = 3 \, A
  1. Calculation of R_NRNR_N:
  • To calculate R_NRNR_N, we need to consider the resistors in parallel:
    R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{6 \, \Omega \cdot 12 \, \Omega}{6 \, \Omega + 12 \, \Omega} = \frac{72}{18} \, \Omega = 4 \, \Omega RN=R1∥R2=R1R2R1+R2=6 Ω⋅12 Ω6 Ω+12 Ω=7218 Ω=4 Ω R_N = R_1 \parallel R_2 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \frac{6 \, \Omega \cdot 12 \, \Omega}{6 \, \Omega + 12 \, \Omega} = \frac{72}{18} \, \Omega = 4 \, \Omega

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