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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_N in parallelo con una resistenza R_N.
Passaggi per Applicare il Teorema di Norton
- Identificare il carico: Rimuovere il carico dal circuito per analizzare il circuito rimanente.
- Calcolare I_N: Trovare la corrente che scorre attraverso il carico rimosso. Questa è la corrente di Norton.
- Calcolare R_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).
- 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 \, V
- Un resistore R_1 = 4 \, \Omega
- Un resistore R_2 = 8 \, \Omega
Calcola I_N e R_N rispetto ai terminali del resistore R_2.
Esercizio 2: Circuito con Sorgente di Corrente
Considera un circuito con:
- Una sorgente di corrente I = 3 \, A
- Due resistori R_1 = 6 \, \Omega e R_2 = 12 \, \Omega in parallelo
Calcola I_N e R_N rispetto ai terminali del carico che si trova in parallelo con R_2.
Soluzioni
Soluzione Esercizio 1
-
Calcolo di I_N:
- La corrente I_N che scorre attraverso R_2 può essere calcolata usando il partitore di corrente. La corrente totale I_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 - La corrente I_N che scorre attraverso R_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
- La corrente I_N che scorre attraverso R_2 può essere calcolata usando il partitore di corrente. La corrente totale I_t che esce dalla sorgente è:
-
Calcolo di R_N:
- Per calcolare R_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
- Per calcolare R_N, cortocircuitiamo la sorgente di tensione e calcoliamo la resistenza equivalente:
Soluzione Esercizio 2
-
Calcolo di I_N:
- La corrente I_N che scorre attraverso R_2 è uguale alla corrente della sorgente, poiché i resistori sono in parallelo. La corrente totale I_t è:
I_N = I = 3 \, A
- La corrente I_N che scorre attraverso R_2 è uguale alla corrente della sorgente, poiché i resistori sono in parallelo. La corrente totale I_t è:
-
Calcolo di R_N:
- Per calcolare R_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
- Per calcolare R_N, dobbiamo considerare i resistori in parallelo:
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_N in parallel with a resistance R_N.
Steps to Apply Norton's Theorem
- Identify the load: Remove the load from the circuit to analyze the remaining circuit.
- Calculate I_N: Find the current flowing through the removed load. This is the Norton current.
- Calculate R_N: Find the equivalent resistance seen from the load terminals, with all independent sources turned off (voltage sources shorted and current sources open).
- 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 \, V
- A resistor R_1 = 4 \, \Omega
- A resistor R_2 = 8 \, \Omega
Calculate I_N and R_N with respect to the terminals of the resistor R_2.
Exercise 2: Circuit with Current Source
Consider a circuit with:
- A current source I = 3 \, A
- Two resistors R_1 = 6 \, \Omega and R_2 = 12 \, \Omega in parallel
Calculate I_N and R_N with respect to the terminals of the load that is in parallel with R_2.
Solutions
Solution Exercise 1
- Calculating I_N:
- The current I_N flowing through R_2 can be calculated using the current divider. The total current I_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 \, A - The current I_N flowing through R_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 \, A
- Calculation of R_N:
- To calculate R_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
Solution Exercise 2
- Calculating I_N:
- The current I_N flowing through R_2 is equal to the source current, since the resistors are in parallel. The total current I_t is:
I_N = I = 3 \, A
- Calculation of R_N:
- To calculate R_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
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