الإلكترونيات 1: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و14 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدة العودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

الثنائيات والترانزستورات

الثنائي (هبوط ثابت): V_D = 0,7 V when conducting
المنطقة الفعّالة: V_BE = 0,7 V, I_C = β·I_B, I_E = (β + 1)·I_B
الانحياز الثابت: I_B = (V_CC − 0,7)/R_B
انحياز مقسّم الجهد: I_B = (V_TH − 0,7)/(R_TH + (β + 1)R_E)
مكافئ ثيفنن لمقسّم الجهد: V_TH = V_CC·R₂/(R₁ + R₂), R_TH = R₁∥R₂
حلقة المجمِّع: V_CE = V_CC − I_CR_C − I_ER_E
التشبّع: I_C(sat) = (V_CC − V_CE(sat))/R_C, I_B ≥ I_C(sat)/β

دوائر مكبّرات العمليات

المكبّر العاكس: V_out = −(R_f/R_in)·V_in
المكبّر غير العاكس: V_out = (1 + R_f/R₁)·V_in
المكبّر الجامع: V_out = −R_f(V₁/R₁ + V₂/R₂)
مكبّر العمليات المثالي: V₊ = V₋, I_in = 0

الحالات العابرة RC و RL

الثابت الزمني: τ = RC | τ = L/R
الاستجابة: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
المكثّف في التيار المستمر: دائرة مفتوحة؛ لا يمكن أن يقفز v_C
الملف في التيار المستمر: قصر؛ لا يمكن أن يقفز i_L
الحالة المستقرة: t ≈ 5τ

الطريقة

أوجد القيمة الابتدائية مباشرة بعد التبديل: جهد المكثّف وتيار الملف لا يقفزان.
أوجد القيمة النهائية بعد التبديل بزمن طويل: يتصرّف المكثّف كدائرة مفتوحة، والملف كقصر.
أوجد الثابت الزمني: τ = RC أو τ = L/R، باستخدام المقاومة التي يراها المكثّف أو الملف.
استخدم x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

المقاومات على التوالي والتوازي

مقاومات على التوالي: R_eq = R₁ + R₂ + …
مقاومات على التوازي: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + …
مقاومتان على التوازي: R_eq = R₁R₂ / (R₁ + R₂)
قانون أوم: V = I·R
القدرة: P = V·I = I²R = V²/R

الطريقة

ابدأ من طرف الشبكة الأبعد عن الطرفين.
اجمع المقاومات المتوالية بجمعها، والمقاومات المتوازية بـ 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
أعد رسم الدائرة بعد كل خطوة.
كرّر حتى تبقى مقاومة واحدة بين الطرفين.

محولات التيار المستمر إلى التيار المستمر

الخافض: V_o = D·V_in
الرافع: V_o = V_in/(1 − D)
الخافض–الرافع العاكس: |V_o| = V_in·D/(1 − D)
توازن القدرة المثالي: V_inI_in = V_oI_o
تموّج المحث: ΔI_L = V_L,on·D/(L·f); buck V_in − V_o, boost and buck-boost V_in
متوسط تيار المحث: الخافض I_o؛ الرافع والخافض–الرافع I_o/(1 − D)
تموّج الخرج: الخافض ΔI_L/(8fC)؛ الرافع والخافض–الرافع I_o·D/(fC)
حد التوصيل المستمر CCM: الخافض (1 − D)R/(2f)؛ الرافع D(1 − D)²R/(2f)؛ الخافض–الرافع (1 − D)²R/(2f)

الطريقة

حدّد المحول (خافض أم رافع أم خافض–رافع) ودورة التشغيل D من نسبة الجهد.
استخدم توازن فولت·ثانية على المحث: متوسط جهد المحث على دور كامل يساوي صفرًا.
أوجد جهد المحث حين يكون المفتاح مغلقًا، ثم ΔI_L = V_L·D/(L·f).
لتموّج الخرج أوجد الشحنة الداخلة إلى المكثف والخارجة منه؛ ولحد التوصيل المستمر ساوِ متوسط تيار المحث بـ ΔI_L/2.

قنطرة ويتستون ومقاييس الانفعال

جهود المجزّئات: V_a = V_sR₂/(R₁ + R₂), V_b = V_sR₄/(R₃ + R₄)
المخرَج: V_ab = V_a − V_b
التوازن: R₁/R₂ = R₃/R₄
القنطرة ذات السلك المنزلق: R/R_x = l/(100 − l)
مقاومة ثيفنن: R_th = R₁∥R₂ + R₃∥R₄
معامل المقياس: ΔR/R = GF·ε
خرج القنطرة: ربع V_s·GF·ε/4، نصف V_s·GF·ε/2، كامل V_s·GF·ε
التغير الصغير، ذراع واحد: V_ab ≈ V_s·ΔR/(4R)
الإجهاد: σ = E·ε

الطريقة

عامل القنطرة على أنها مجزّئا جهد على المصدر نفسه.
للاتزان ضع R₁/R₂ = R₃/R₄ وحُلّ لإيجاد المقاومة المجهولة.
لقنطرة غير متزنة أوجد V_a وV_b من المجزّئين ثم اطرح؛ واستخدم مكافئ تيفينين حين يُحمِّل مقياسٌ الخرج.
لمقاييس الانفعال حوّل الانفعال إلى ΔR/R = GF·ε واستخدم V_s·GF·ε/4 أو /2 أو ×1 لربع القنطرة أو نصفها أو كاملها.

المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّابات

البوابات الأساسية: A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
القواعد البولية: X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
دي مورغان: (X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
ترتيب خريطة كارنو: 00, 01, 11, 10 (Gray code)
مجموعة من 2ᵏ خلية: تفقد k متغيرًا
مضاعِف 4-إلى-1: F = A′B′I₀ + A′BI₁ + AB′I₂ + ABI₃
القلّابات: D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
العدّادات: n بتّات: 2ⁿ حالة؛ mod-N: أصغر n يحقق 2ⁿ ≥ N؛ f_out = f_clk/N
العدّاد المتموّج: f_max = 1/(n·t_pd)
العدّادان الحلقي وجونسون: n و 2n حالة

الطريقة

لدارة ما، اعمل من المداخل إلى المخرج بوابةً بوابةً واكتب القيمة على كل سلك، أو اكتب تعبيرها واملأ جدول الصدق.
للتبسيط ضع الآحاد (وحالات عدم الاكتراث على شكل X) في خريطة كارنو بصفوف وأعمدة بشيفرة غراي: 00, 01, 11, 10.
غطِّ الآحاد بأقل عدد ممكن وأكبر حجم ممكن من المجموعات ذات 1 أو 2 أو 4 أو 8 أو 16 خلية، مع الالتفاف حول الحواف؛ كل مجموعة حد جداء واحد من المتغيرات التي تبقى ثابتة. جمّع الأصفار للصيغة POS.
للقلّابات والعدّادات اقرأ المداخل عند كل حافة ساعة فعالة، واكتب الحالة بعد كل حافة، وتذكّر أن عدّادًا ذا n بتّات يلتف بعد 2ⁿ حالة.

2مسائل تدريبية

1.الثنائيات والترانزستوراتمتوسطة

ترانزستور NPN بـ β = 200 منحاز بمقسّم جهد من V_CC = 12 V: R₁ = 47 kΩ من V_CC إلى القاعدة و R₂ = 6,8 kΩ من القاعدة إلى الأرضي. مقاومة المجمِّع R_C = 3,3 kΩ ومقاومة الباعث R_E = 470 Ω. خذ V_BE = 0,7 V واستخدم مكافئ ثيفنن للمقسّم (لا تُهمل تيار القاعدة). أوجد جهد المجمِّع–الباعث V_CE.

V_CC = 12 VR₁ = 47 kΩR₂ = 6,8 kΩR_C = 3,3 kΩR_E = 470 Ωβ = 200

V_CE = V

2.الثنائيات والترانزستوراتصعبة

لمنظم زينر 3,3 V مقاومة توالٍ 100 Ω. قد يرتفع الدخل إلى 23 V، وقد يكون الحمل مفصولًا. أوجد أكبر قدرة P_Z,max يجب أن يبددها زينر.

V_in,max = 23 VV_Z = 3,3 VR = 100 Ω

P_Z,max = mW

3.دوائر مكبّرات العملياتمتوسطة

مكبّر العمليات مثالي ويعمل بمصدرين ±15 V. أوجد جهد الخرج V_out.

V_in = −1,6 VR₁ = 100 kΩR_f = 100 kΩ

V_out = V

4.دوائر مكبّرات العملياتصعبة

مكبّر العمليات مثالي ويعمل بمصدرين ±15 V. نسب المقاومات غير متطابقة. أوجد جهد الخرج V_out.

V₁ = 0,7 VV₂ = 1,7 VR₁ = 4,7 kΩR₂ = 22 kΩR₃ = 47 kΩR₄ = 10 kΩ

V_out = V

5.الحالات العابرة RC و RLمتوسطة

لا يمرّ تيار في الملف قبل أن يُغلق المفتاح عند t = 0. أوجد الطاقة W(∞) المخزّنة في الملف بعد استقرار الدائرة، بوحدة mJ.

V_s = 24 VR = 20 ΩL = 220 mH

W(∞) = mJ

6.الحالات العابرة RC و RLصعبة

يبدأ مؤقّت بشحن مكثّف غير مشحون عبر مقاومة من مصدر 5 V عند t = 0. يجب أن يُطلق عندما يبلغ جهد المكثّف 4,5 V، بعد 100 ms بالضبط من البداية. مع C = 2,2 µF، أوجد المقاومة R المطلوبة.

V_s = 5 VV_th = 4,5 VT = 100 msC = 2,2 µF

R = kΩ

7.المقاومات على التوالي والتوازيمتوسطة

أوجد التيار I_R2 عبر R₂.

V₁ = 15 VR₁ = 6 ΩR₂ = 6 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 4 Ω

I_R2 = A

8.المقاومات على التوالي والتوازيصعبة

أوجد التيار I_R1 الذي يورّده المصدر، والذي يمرّ عبر R₁.

V₁ = 24 VR₁ = 30 ΩR₂ = 30 ΩR₃ = 12 ΩR₄ = 30 ΩR₅ = 15 ΩR₆ = 6 Ω

I_R1 = A

9.محولات التيار المستمر إلى التيار المستمرمتوسطة

محول خافض–رافع عاكس مثالي يحوّل 15 V إلى −22,5 V بتردد 50 kHz مع L = 150 µH. أوجد تيار تموّج المحث من الذروة إلى الذروة ΔI_L.

Vin = 15 VVo = −22,5 Vf = 50 kHzL = 150 µH

ΔI_L = A

10.محولات التيار المستمر إلى التيار المستمرصعبة

محول خافض يحوّل 12 V إلى 4,8 V بتردد 200 kHz مع L = 68 µH. أوجد سعة الخرج C التي تحدّ تموّج الخرج من الذروة إلى الذروة إلى 50 mV.

Vin = 12 VVo = 4,8 Vf = 200 kHzL = 68 µHΔV_o = 50 mV

C = µF

11.قنطرة ويتستون ومقاييس الانفعالمتوسطة

قنطرة ذات أربعة أذرع كل منها 300 Ω تُغذّى بـ 15 V. حين تتغير مقاومة المستشعر R₂ يقرأ الخرج V_ab = 288,5 mV. أوجد التغير الدقيق ΔR في R₂.

V_s = 15 VR = 300 ΩV_ab = 288,5 mV

ΔR = Ω

12.قنطرة ويتستون ومقاييس الانفعالصعبة

قنطرة أذرعها 1000 Ω تُثار بـ 3 V وفيها مقياسان فعّالان في ذراعين متجاورين، أحدهما في الشد والآخر في الانضغاط (نصف قنطرة). معامل المقياس 2 والانفعال 400 µε. أوجد خرج القنطرة V_o بوحدة mV.

V_s = 3 VGF = 2ε = 400 µε

V_o = mV

13.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّاباتمتوسطة

استخدم خريطة كارنو لإيجاد الصيغة الدنيا لجداء المجاميع (POS) للدالة F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 11, 12, 15). كم حد مجموع (عاملًا) N فيها؟

F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 11, 12, 15)

N =

14.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّاباتصعبة

عدّاد حلقي من 4 بتّات Q₃Q₂Q₁Q₀ يبدأ من 1000. عند كل حافة ساعة تنزاح البتّات مكانًا واحدًا إلى اليمين (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀) ويتلقى Q₃ القيمة Q₀. أعطِ الحالة Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ كعدد عشري بعد 8 حافة ساعة.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 10008

Q =

3المحاليل

1.الثنائيات والترانزستورات

الإجابة: V_CE = 5,863 V

نقطة انحياز BJT: في المنطقة الفعّالة V_BE = 0,7 V، و I_C = β·I_B، و I_E = (β + 1)·I_B. أوجد I_B من حلقة القاعدة بقانون كيرشوف للجهد، ثم I_C، ثم V_CE من حلقة المجمِّع–الباعث. يُستبدل مقسّم الجهد عند القاعدة بمكافئ ثيفنن V_TH = V_CC·R₂/(R₁ + R₂)، R_TH = R₁∥R₂؛ وتظهر مقاومة الباعث أكبر بـ (β + 1) مرة في حلقة القاعدة.

مكافئ ثيفنن للمقسّم

V_TH = 12·6,8/(47 + 6,8) = 1,517 V

R_TH = 47·6,8/(47 + 6,8) = 5,941 kΩ

تيار القاعدة

قانون كيرشوف للجهد حول حلقة القاعدة؛ تيار الباعث هو (β + 1)·I_B.

I_B = (1,517 − 0,7)/(5,941 + 201·0,47) = 8,134 µA

تيار المجمِّع

I_C = 200·8,134 µA = 1,627 mA

I_E = 201·8,134 µA = 1,635 mA

جهد المجمِّع–الباعث

V_CE = 12 − 1,627·3,3 − 1,635·0,47 = 5,863 V

الإجابة

V_CE = 5,863 V

2.الثنائيات والترانزستورات

الإجابة: P_Z,max = 650,1 mW

منظم زينر: يثبّت صمام زينر الثنائي المنحاز عكسيًا جهده V_Z ما دام تياره فوق حد أدنى I_Z,min. تأخذ المقاومة التوالية R الفرق بين الدخل والخرج: I_R = (V_in − V_Z)/R. وينقسم هذا التيار بين الحمل، I_L = V_Z/R_L، وصمام زينر: I_Z = I_R − I_L. صمّم لأسوأ الحالات: أدنى دخل مع أكبر حمل يجب أن يترك I_Z,min مع ذلك، وأعلى دخل بلا حمل يعطي أكبر قدرة لصمام زينر P_Z = V_Z·I_Z.

تيار زينر في أسوأ حالة

I_Z = 19,7/100 = 197 mA

قدرة زينر

P_Z = 3,3·197 = 650,1 mW

الإجابة

P_Z,max = 650,1 mW

3.دوائر مكبّرات العمليات

الإجابة: V_out = −3,2 V

قواعد مكبّر العمليات المثالي: مع التغذية الراجعة السالبة، يضبط المكبّر خرجه بحيث يكون دخلاه على الجهد نفسه (V₋ = V₊)، ولا يدخل أي تيار إلى أي من الدخلين. كتابة قانون كيرشوف للتيار عند الدخل العاكس مع هاتين الحقيقتين تعطي الخرج.

الدخل العاكس يتبع الدخل

V₋ = V₊ = −1,6 V

I = V₋/R₁ = −1,6/100 = −0,016 mA

جهد الخرج

التيار عبر R₁ يمرّ أيضًا عبر R_f.

V_out = V₋ + I·R_f = −1,6 + (−0,016)·100 = −3,2 V

الإجابة

V_out = −3,2 V

4.دوائر مكبّرات العمليات

الإجابة: V_out = −1,582 V

الجهد عند الدخل +

V₊ = V₂·R₄/(R₃ + R₄) = 1,7·10/(47 + 10) = 0,2982 V

طبّق التراكب على الدخلين

مع V₂ = 0 يرى V₁ مكبّرًا عاكسًا. ومع V₁ = 0 يُكبَّر V₊ بالكسب غير العاكس 1 + R₂/R₁.

V_out = −(22/4,7)·0,7 + (1 + 22/4,7)·0,2982 = −3,277 + 1,694 = −1,582 V

الإجابة

V_out = −1,582 V

5.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: W(∞) = 158,4 mJ

الحالات العابرة من الرتبة الأولى: في دائرة فيها مكثّف واحد أو ملف واحد، يتغيّر كل جهد وتيار أُسّيًا من قيمته الابتدائية إلى قيمته النهائية: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ، حيث τ = RC أو τ = L/R. بعد نحو 5τ تستقر الدائرة.

الثابت الزمني والتيار النهائي

بعد إغلاق المفتاح بوقت طويل يتصرّف الملف كقصر، لذا يحدّد R وحده التيار النهائي.

τ = L/R = 220 mH / 20 Ω = 11 ms

i(∞) = V_s/R = 24/20 = 1,2 A

الطاقة المخزّنة

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·220·1,2² = 158,4 mJ

الإجابة

W(∞) = 158,4 mJ

6.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: R = 19,74 kΩ

الثابت الزمني المطلوب

4,5 = 5·(1 − e^−100/τ) → τ = 100/ln(5/(5 − 4,5))

τ = 100/2,303 = 43,43 ms

المقاومة

kΩ مضروبة في µF تعطي ميلي ثانية.

R = τ/C = 43,43/2,2 = 19,74 kΩ

الإجابة

R = 19,74 kΩ

7.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: I_R2 = 0,875 A

المقاومات على التوالي والتوازي: على التوالي يمرّ التيار نفسه في كل مقاومة و R = R₁ + R₂ + …. وعلى التوازي يكون الجهد نفسه على كل مقاومة و 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. تُبسَّط شبكة السلّم زوجًا بعد زوج حتى تبقى مقاومة مكافئة واحدة.

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

ابدأ من الطرف الأبعد عن المصدر وتقدّم نحوه. المقاومات التي يمرّ بها التيار نفسه على التوالي؛ والمقاومات بين العقدتين نفسيهما على التوازي.

R₃ + R₄ = 3 + 4 = 7 Ω

R₂ ∥ 7 = 6·7/(6+7) = 3,231 Ω

R_eq = R₁ + 3,231 = 6 + 3,231 = 9,231 Ω

التيار من المصدر

لا يرى المصدر إلا R_eq، فيعطي قانون أوم التيار الذي يورّده. وهذا التيار يمرّ عبر R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 15/9,231 = 1,625 A

التيار عبر R₂

اطرح الهبوط على R₁ لتحصل على الجهد عند العقدة A، وهو الجهد على R₂.

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 15 − 1,625·6 = 5,25 V

I_R2 = V_A/R₂ = 5,25/6 = 0,875 A

الإجابة

I_R2 = 0,875 A

8.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: I_R1 = 0,5525 A

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

R₅ + R₆ = 15 + 6 = 21 Ω

R₄ ∥ 21 = 12,35 Ω

R₃ + 12,35 = 24,35 Ω

R₂ ∥ 24,35 = 13,44 Ω

R_eq = R₁ + 13,44 = 30 + 13,44 = 43,44 Ω

التيار من المصدر

لا يرى المصدر إلا R_eq، فيعطي قانون أوم التيار الذي يورّده. وهذا التيار يمرّ عبر R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 24/43,44 = 0,5525 A

الإجابة

I_R1 = 0,5525 A

9.محولات التيار المستمر إلى التيار المستمر

الإجابة: ΔI_L = 1,2 A

محولات التيار المستمر إلى التيار المستمر: يُغلق مفتاح S للجزء D من كل دور T = 1/f. في الحالة المستقرة يكون متوسط جهد المحث صفرًا (توازن فولت·ثانية)، مما يعطي نسب التحويل المثالية في التوصيل المستمر: المحول الخافض V_o = D·V_in، والمحول الرافع V_o = V_in/(1 − D)، والمحول الخافض–الرافع العاكس |V_o| = V_in·D/(1 − D). المحول المثالي يحفظ القدرة: V_in·I_in = V_o·I_o. وحين يكون S مغلقًا يرتفع تيار المحث بمقدار ΔI_L = V_L·D·T/L، حيث V_L = V_in − V_o للمحول الخافض وV_in للمحول الرافع والخافض–الرافع. وتموّج الخرج هو ΔV_o = ΔI_L/(8fC) للمحول الخافض وI_o·D/(fC) للمحول الرافع والخافض–الرافع. ويلامس تيار المحث الصفر (حدّ التوصيل المستمر CCM) حين يساوي متوسط تيار المحث ΔI_L/2.

دورة التشغيل

D = 22,5/(15 + 22,5) = 0,6

جهد المحث خلال زمن الإغلاق

حين يكون S مغلقًا يقع المحث مباشرةً على V_in.

V_L = 15 V

تيار التموّج

ΔI_L = V_L·D/(L·f) = 15·0,6/(150·10⁻⁶·50·10³) = 1,2 A

الإجابة

ΔI_L = 1,2 A

10.محولات التيار المستمر إلى التيار المستمر

الإجابة: C = 2,647 µF

دورة التشغيل

D = 4,8/12 = 0,4

تيار تموّج المحث

ΔI_L = (12 − 4,8)·0,4/(68·10⁻⁶·200·10³) = 0,2118 A

السعة

C = 0,2118/(8·200·10³·50·10⁻³) = 2,647 µF

الإجابة

C = 2,647 µF

11.قنطرة ويتستون ومقاييس الانفعال

الإجابة: ΔR = 24 Ω

قنطرة ويتستون: مجزّئا جهد يتشاركان مصدرًا واحدًا V_s. يعطي المجزّئ الأيسر R₁–R₂ الجهد V_a = V_s·R₂/(R₁ + R₂) ويعطي المجزّئ الأيمن R₃–R₄ الجهد V_b = V_s·R₄/(R₃ + R₄)؛ والخرج هو V_ab = V_a − V_b. تكون القنطرة متزنة (V_ab = 0، ولا تيار في المقياس) حين R₁/R₂ = R₃/R₄، أي R₁·R₄ = R₂·R₃. وإذا نُظر إليها من الخرج فهي مصدر تيفينين بمقاومة R_th = R₁∥R₂ + R₃∥R₄.

جهد العقدة

V_a = 7,5 + 0,2885 = 7,788 V

حُلّ المجزّئ

R₂ = 300·7,788/(15 − 7,788) = 324 Ω

ΔR = 324 − 300 = 24 Ω

الإجابة

ΔR = 24 Ω

12.قنطرة ويتستون ومقاييس الانفعال

الإجابة: V_o = 1,2 mV

مقاييس الانفعال: تتغير مقاومة المقياس مع الانفعال: ΔR/R = GF·ε، حيث معامل المقياس GF نحو 2 للرقائق المعدنية. في قنطرة تكون فيها كل الأذرع مساوية لـ R، يعطي مقياس فعّال واحد (ربع قنطرة) V_o ≈ V_s·GF·ε/4. ويعطي مقياسان فعّالان بانفعالين متعاكسين في ذراعين متجاورين (نصف قنطرة) V_s·GF·ε/2، وأربعة مقاييس (قنطرة كاملة) تعطي V_s·GF·ε. ويأتي الإجهاد من قانون هوك، σ = E·ε. وتذكر خلايا الحمل حساسيتها بوحدة mV/V: الخرج عند الحمل الكامل لكل فولت من الإثارة.

التغير النسبي في المقاومة

ΔR/R = 2·400·10⁻⁶ = 0,0008

خرج القنطرة

V_o = V_s·GF·ε/2 = 3·0,0008/2 = 1,2 mV

الإجابة

V_o = 1,2 mV

13.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّابات

الإجابة: N = 4

خرائط كارنو: ترتَّب الخلايا بشيفرة غراي (00, 01, 11, 10)، فتختلف الخلايا المتجاورة، بما فيها تلك التي عبر الحواف، في متغير واحد بالضبط. جمّع الآحاد في مستطيلات من 1 أو 2 أو 4 أو 8 أو 16 خلية، بأكبر حجم وأقل عدد ممكنين، حتى يُغطى كل 1. كل مجموعة حد جداء واحد: المتغيرات التي تبقى ثابتة داخلها. المجموعة من 2ᵏ خلية تفقد k متغيرًا. يجوز استخدام حالات عدم الاكتراث (X) لتكبير المجموعات لكن لا يجب تغطيتها أبدًا. أما تجميع الأصفار فيعطي الصيغة الدنيا POS.

جمّع الأصفار

كل مجموعة مستطيل من 2ᵏ خلية؛ وخلايا الحافة جارة للخلايا على الحافة المقابلة.

(A′ + C′ + D)

(A′ + B + D)

(A + B′ + C + D)

(A′ + B′ + C + D′)

الصيغة الدنيا POS

F = (A′ + C′ + D)(A′ + B + D)(A + B′ + C + D)(A′ + B′ + C + D′)

N = 4

الإجابة

N = 4

14.المنطق الرقمي: البوابات وخرائط كارنو والقلّابات

الإجابة: Q = 8

القلّابات والعدّادات: لا يتغير القلّاب إلا عند الحافة الفعالة للساعة. يَنسخ D مدخله (Q⁺ = D)؛ و T يتبدّل عندما T = 1؛ و JK يحتفظ عند 00، ويصفّر عند 01، ويضبط عند 10، ويتبدّل عند 11. للعدّاد الثنائي ذي n بتّات 2ⁿ حالة ويعدّ بالنمط 2ⁿ؛ وعدّاد mod-N يعدّ 0 و 1 … حتى N − 1 ثم يعود إلى 0، ويحتاج إلى أصغر n يحقق 2ⁿ ≥ N قلّابات. تُنصّف كل مرحلة في العدّاد المتموّج التردد، فيعمل الخرج الأخير لعدّاد mod-N بالتردد f_clk/N. لعدّاد جونسون من n قلّابات 2n حالة، وللعدّاد الحلقي n.

الحالة بعد كل حافة

1000 → 0100 → 0010 → 0001 → 1000 → 0100 → 0010 → 0001 → 1000

القيمة العشرية

1000₂ = 8

الإجابة

Q = 8

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1