Elektronika 1: paket kilat

Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 14 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

Dioda & transistor

Dioda (tegangan jatuh konstan)
VD = 0,7 V when conducting
Daerah aktif
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Bias tetap
IB = (VCC − 0,7)/RB
Bias pembagi tegangan
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Thévenin dari pembagi tegangan
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Loop kolektor
VCE = VCC − ICRC − IERE
Saturasi
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Rangkaian op-amp

Penguat pembalik
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Penguat tak membalik
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Penguat penjumlah
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Op-amp ideal
V+ = V−, Iin = 0

Transien RC & RL

Konstanta waktu
τ = RC | τ = L/R
Respons
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kapasitor pada DC
rangkaian terbuka; vC tidak dapat melompat
Induktor pada DC
hubung singkat; iL tidak dapat melompat
Keadaan tunak
t ≈ 5τ

Metode

  1. Cari nilai awal sesaat setelah sakelar berpindah: tegangan kapasitor dan arus induktor tidak dapat melompat.
  2. Cari nilai akhir lama setelah sakelar berpindah: kapasitor berperilaku sebagai rangkaian terbuka, induktor sebagai hubung singkat.
  3. Cari konstanta waktu: τ = RC atau τ = L/R, dengan hambatan yang terlihat oleh kapasitor atau induktor.
  4. Gunakan x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Resistor seri & paralel

Resistor seri
Req = R1 + R2 + …
Resistor paralel
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dua resistor paralel
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Hukum Ohm
V = I·R
Daya
P = V·I = I²R = V²/R

Metode

  1. Mulailah dari ujung jaringan yang paling jauh dari terminal.
  2. Gabungkan resistor seri dengan menjumlahkannya, dan resistor paralel dengan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Gambar ulang rangkaian setelah setiap langkah.
  4. Ulangi sampai tersisa satu resistor di antara terminal.

Konverter DC-DC

Buck
Vo = D·Vin
Boost
Vo = Vin/(1 − D)
Buck-boost pembalik
|Vo| = Vin·D/(1 − D)
Keseimbangan daya ideal
VinIin = VoIo
Riak induktor
ΔIL = VL,on·D/(L·f); buck Vin − Vo, boost and buck-boost Vin
Arus induktor rata-rata
buck Io; boost dan buck-boost Io/(1 − D)
Riak keluaran
buck ΔIL/(8fC); boost dan buck-boost Io·D/(fC)
Batas CCM
buck (1 − D)R/(2f); boost D(1 − D)²R/(2f); buck-boost (1 − D)²R/(2f)

Metode

  1. Kenali konverternya (buck, boost, atau buck-boost) dan siklus kerja D dari rasio tegangan.
  2. Gunakan keseimbangan volt-detik pada induktor: tegangan induktor rata-rata selama satu periode adalah nol.
  3. Cari tegangan induktor saat saklar menyala, lalu ΔIL = VL·D/(L·f).
  4. Untuk riak keluaran, cari muatan yang masuk dan keluar kapasitor; untuk batas CCM, samakan arus induktor rata-rata dengan ΔIL/2.

Jembatan Wheatstone & strain gauge

Tegangan pembagi
Va = VsR2/(R1 + R2), Vb = VsR4/(R3 + R4)
Haluaran
Vab = Va − Vb
Keseimbangan
R1/R2 = R3/R4
Jembatan kawat geser
R/Rx = l/(100 − l)
Resistansi Thévenin
Rth = R1∥R2 + R3∥R4
Faktor pengukur
ΔR/R = GF·ε
Keluaran jembatan
seperempat Vs·GF·ε/4, setengah Vs·GF·ε/2, penuh Vs·GF·ε
Perubahan kecil, satu lengan
Vab ≈ Vs·ΔR/(4R)
Tegangan
σ = E·ε

Metode

  1. Perlakukan jembatan sebagai dua pembagi tegangan pada catu yang sama.
  2. Untuk keseimbangan, setel R₁/R₂ = R₃/R₄ lalu selesaikan untuk resistor yang tidak diketahui.
  3. Untuk jembatan tak seimbang, cari Va dan Vb dari pembagi lalu kurangkan; gunakan ekuivalen Thévenin bila alat ukur membebani keluaran.
  4. Untuk strain gauge, ubah regangan menjadi ΔR/R = GF·ε dan gunakan Vs·GF·ε/4, /2, atau ×1 untuk jembatan seperempat, setengah, atau penuh.

Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Gerbang dasar
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Aturan Boolean
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Urutan peta Karnaugh
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Kelompok 2ᵏ sel
kehilangan k variabel
Multiplekser 4-ke-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flip-flop
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Pencacah
n bit: 2ⁿ keadaan; mod-N: n terkecil dengan 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Pencacah ripple
fmax = 1/(n·tpd)
Pencacah cincin dan Johnson
n dan 2n keadaan

Metode

  1. Untuk rangkaian, bekerjalah dari masukan ke keluaran satu gerbang demi satu gerbang dan tulis nilai pada setiap kawat, atau tulis ekspresinya dan isi tabel kebenaran.
  2. Untuk penyederhanaan, taruh angka 1 (dan don’t-care sebagai X) ke dalam peta Karnaugh dengan baris dan kolom kode Gray: 00, 01, 11, 10.
  3. Cakup angka 1 dengan kelompok sesedikit dan sebesar mungkin yang berisi 1, 2, 4, 8, atau 16 sel, melingkar melewati tepi; setiap kelompok adalah satu suku hasil kali yang tersusun dari variabel yang tetap konstan. Kelompokkan angka 0 untuk bentuk POS.
  4. Untuk flip-flop dan pencacah, baca masukan pada setiap tepi clock aktif, tulis keadaan setelah setiap tepi, dan ingat bahwa pencacah n bit berputar kembali setelah 2ⁿ keadaan.

2Soal latihan

1.Dioda & transistorSedang
RC​ = 5,6 kΩβ = 200IC​ = ?RE​ = 1,5 kΩVCC​ = 18 VR1​ = 39 kΩR2​ = 10 kΩ

Sebuah transistor NPN dengan β = 200 dibias dengan pembagi tegangan dari VCC = 18 V: R₁ = 39 kΩ dari VCC ke basis dan R₂ = 10 kΩ dari basis ke ground. Resistor kolektornya RC = 5,6 kΩ dan resistor emitornya RE = 1,5 kΩ. Ambil VBE = 0,7 V dan gunakan ekivalen Thévenin dari pembagi tegangan (jangan abaikan arus basis). Cari arus kolektor IC dalam mA.

VCC = 18 VR1 = 39 kΩR2 = 10 kΩRC = 5,6 kΩRE = 1,5 kΩβ = 200
IC = mA
2.Dioda & transistorSulit
+−≥ 20 VR = ?3,3 V≤ 30 mA

Regulator Zener 3,3 V harus mencatu hingga 30 mA ke beban. Masukan dapat turun hingga 20 V, dan Zener memerlukan minimal 2 mA agar meregulasi. Cari resistansi seri terbesar Rmax yang menjaganya tetap meregulasi.

Vin,min = 20 VVZ = 3,3 VIL,max = 30 mAIZ,min = 2 mA
Rmax = Ω
3.Rangkaian op-ampSedang
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩVin​R1​ = 1 kΩ

Op-amp ideal dan dicatu ±15 V; keluarannya jenuh pada ±13 V. Penguat membalik diberi masukan gelombang sinus. Cari amplitudo masukan terbesar Vin,max (nilai puncak) agar keluaran tidak terpotong.

R1 = 1 kΩRf = 4,7 kΩVsat = ±13 V
Vin,max = V
4.Rangkaian op-ampSulit
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 1,5 VR1​ = 2 kΩV2​ = −1,3 VR2​ = 47 kΩ

Penguat penjumlah memakai op-amp ideal yang dicatu ±15 V. Cari tegangan keluaran Vout.

V1 = 1,5 VV2 = −1,3 VR1 = 2 kΩR2 = 47 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
5.Transien RC & RLSedang
+−Vs​9 Vt = 0R = 20 ΩL47 mHi(t)

Induktor tidak dialiri arus sebelum sakelar ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 5 ms.

Vs = 9 VR = 20 ΩL = 47 mHt = 5 ms
i = A
6.Transien RC & RLSulit
+−Vs​6 Vt = 0R = 10 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 10 V

Tepat sebelum sakelar ditutup pada t = 0, kapasitor bertegangan 10 V dengan polaritas yang ditunjukkan. Berapa lama waktu yang diperlukan agar vC mencapai 7,2 V? Cari t.

Vs = 6 VR = 10 kΩC = 100 µFvC(0) = 10 V
t = ms
7.Resistor seri & paralelSedang
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​4 ΩB

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 30 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 Ω
Req = Ω
8.Resistor seri & paralelSulit
R1​ = 25 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​5 ΩAR4​2 ΩBR6​6 Ω

Cari resistansi ekuivalen Req yang dilihat sumber V1.

V1 = 24 VR1 = 25 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 ΩR5 = 10 ΩR6 = 6 Ω
Req = Ω
9.Konverter DC-DCSedang
tiL​Imax​Imin​ΔI = ?DTT2T

Konverter buck-boost pembalik ideal mengubah 48 V menjadi −112 V pada 100 kHz dengan L = 100 µH. Cari arus riak induktor puncak ke puncak ΔIL.

Vin​ = 48 VVo​ = −112 Vf = 100 kHzL = 100 µH
ΔIL = A
10.Konverter DC-DCSulit
tiL​Imax​IL​DTT2T

Konverter boost ideal mengubah 24 V menjadi 40 V untuk beban 25 Ω pada 50 kHz. Cari induktansi terkecil Lcrit untuk konduksi kontinu.

Vin​ = 24 VVo​ = 40 Vf = 50 kHzR = 25 Ω
Lcrit = µH
11.Jembatan Wheatstone & strain gaugeSedang
+−10 VR1​ = 20 ΩR2​ = 80 ΩR3​ = 1000 ΩR4​ = 1000 ΩabGRg​ = 20 Ω

Sebuah galvanometer dengan resistansi 20 Ω dihubungkan antara a dan b pada jembatan yang ditunjukkan (Vs = 10 V). Cari arus galvanometer Ig dari a ke b, dalam µA.

Vs = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 80 ΩR3 = 1000 ΩR4 = 1000 ΩRg = 20 Ω
Ig = µA
12.Jembatan Wheatstone & strain gaugeSulit
+−2,5 V350 Ω − ΔR350 Ω + ΔR350 Ω350 Ωab+−Vo​ = ?

Sebuah jembatan dengan lengan 350 Ω dieksitasi dengan 2,5 V dan memiliki dua gauge aktif pada lengan yang berdekatan, satu dalam tarik dan satu dalam tekan (setengah jembatan). Faktor pengukurnya 2 dan regangannya 400 µε. Cari keluaran jembatan Vo dalam mV.

Vs = 2,5 VGF = 2ε = 400 µε
Vo = mV
13.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSedang
ABCD00011110000111101111111

Pada peta Karnaugh ini tepat satu angka 1 tidak memiliki angka 1 tetangga, sehingga tetap menjadi kelompok satu sel (minterm penuh berisi empat literal) dalam bentuk SOP minimal. Tetangga melewati tepi peta ikut dihitung. Klik sel itu.

F = Σm(1, 3, 6, 7, 11, 13, 14)
  1. 1AB = 00, CD = 00
  2. 2AB = 00, CD = 01
  3. 3AB = 00, CD = 11
  4. 4AB = 00, CD = 10
  5. 5AB = 01, CD = 00
  6. 6AB = 01, CD = 01
  7. 7AB = 01, CD = 11
  8. 8AB = 01, CD = 10
  9. 9AB = 11, CD = 00
  10. 10AB = 11, CD = 01
  11. 11AB = 11, CD = 11
  12. 12AB = 11, CD = 10
  13. 13AB = 10, CD = 00
  14. 14AB = 10, CD = 01
  15. 15AB = 10, CD = 11
  16. 16AB = 10, CD = 10
14.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flopSulit
ABCD000111100001111000X1X302040507061120131151140819011110

Carilah bentuk SOP minimal dari F(A, B, C, D) = Σm(9, 10, 12, 14, 15) + d(1, 3), dengan d menandai kondisi don’t-care. Berapa literal L yang dimilikinya?

F(A, B, C, D) = Σm(9, 10, 12, 14, 15) + d(1, 3)
L =

3Larutan

1.Dioda & transistor

Jawaban: IC = 1,922 mA

Titik kerja BJT: di daerah aktif VBE = 0,7 V, IC = β·IB dan IE = (β + 1)·IB. Cari IB dari loop basis dengan KVL, lalu IC, lalu VCE dari loop kolektor–emitor. Pembagi tegangan di basis diganti dengan ekivalen Théveninnya VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; resistor emitor tampak (β + 1) kali lebih besar di loop basis.

Ekivalen Thévenin dari pembagi tegangan

VTH = 18·10/(39 + 10) = 3,673 V
RTH = 39·10/(39 + 10) = 7,959 kΩ

Arus basis

KVL di sekeliling loop basis; arus emitor adalah (β + 1)·IB.

IB = (3,673 − 0,7)/(7,959 + 201·1,5) = 9,609 µA

Arus kolektor

IC = 200·9,609 µA = 1,922 mA
IE = 201·9,609 µA = 1,931 mA

Jawaban

IC = 1,922 mA
2.Dioda & transistor

Jawaban: Rmax = 521,9 Ω

Regulator Zener: dioda Zener bias mundur mempertahankan tegangannya VZ selama arusnya tetap di atas minimum IZ,min. Resistor seri R menanggung selisih antara masukan dan keluaran: IR = (Vin − VZ)/R. Arus itu terbagi antara beban, IL = VZ/RL, dan Zener: IZ = IR − IL. Rancang untuk kasus terburuk: masukan terendah dengan beban terbesar tetap harus menyisakan IZ,min, dan masukan tertinggi tanpa beban memberi daya Zener terbesar PZ = VZ·IZ.

Arus kasus terburuk

IR = 30 + 2 = 32 mA

Resistansi terbesar

Rmax = 16,7/0,032 = 521,9 Ω

Jawaban

Rmax = 521,9 Ω
3.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vin,max = 2,766 V

Aturan op-amp ideal: dengan umpan balik negatif, op-amp mengatur keluarannya sehingga kedua masukan berada pada tegangan yang sama (V₋ = V₊), dan tidak ada arus yang masuk ke masukan mana pun. Menulis KCL di masukan pembalik dengan dua fakta ini memberi keluarannya.

Penguatan

|Av| = Rf/R1 = 4,7/1 = 4,7

Masukan terbesar sebelum terpotong

Vin,max = Vsat/|Av| = 13/4,7 = 2,766 V

Jawaban

Vin,max = 2,766 V
4.Rangkaian op-amp

Jawaban: Vout = −3,395 V

Aturan op-amp ideal: dengan umpan balik negatif, op-amp mengatur keluarannya sehingga kedua masukan berada pada tegangan yang sama (V₋ = V₊), dan tidak ada arus yang masuk ke masukan mana pun. Menulis KCL di masukan pembalik dengan dua fakta ini memberi keluarannya.

Arus masukan

V₋ = 0, jadi setiap resistor masukan menanggung seluruh tegangan masukannya.

I1 = V1/R1 = 1,5/2 = 0,75 mA
I2 = V2/R2 = −1,3/47 = −0,02766 mA
If = I1 + I2 = 0,7223 mA

Tegangan keluaran

Vout = −Rf·If = −4,7·0,7223 = −3,395 V

Jawaban

Vout = −3,395 V
5.Transien RC & RL

Jawaban: i = 0,3964 A

Transien orde satu: pada rangkaian dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap tegangan dan arus berubah secara eksponensial dari nilai awal ke nilai akhir: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Setelah sekitar 5τ rangkaian sudah stabil.

Konstanta waktu dan arus akhir

Lama setelah sakelar ditutup, induktor berperilaku seperti hubung singkat, jadi arus akhir hanya ditentukan oleh R.

τ = L/R = 47 mH / 20 Ω = 2,35 ms
i(∞) = Vs/R = 9/20 = 0,45 A

Arus pada waktu tertentu

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,45·(1 − e−5/2,35) = 0,3964 A

Jawaban

i = 0,3964 A
6.Transien RC & RL

Jawaban: t = 1204 ms

Transien orde satu: pada rangkaian dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap tegangan dan arus berubah secara eksponensial dari nilai awal ke nilai akhir: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Setelah sekitar 5τ rangkaian sudah stabil.

Nilai awal, nilai akhir, konstanta waktu

Tegangan kapasitor tidak dapat melompat, jadi dimulai dari nilai tersimpannya dan menuju tegangan sumber.

vC(0) = 10 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 10 kΩ · 100 µF = 1000 ms
vC(t) = 6 + (10 − 6)·e−t/τ

Selesaikan untuk waktu

7,2 = 6 + (4)·e−t/τ → e−t/τ = (7,2 − 6)/(10 − 6) = 0,3
t = τ·ln((10 − 6)/(7,2 − 6)) = 1000·ln(3,333) = 1204 ms

Jawaban

t = 1204 ms
7.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 17,4 Ω

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​4 ΩB

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R3 + R4 = 2 + 4 = 6 Ω
R2 ∥ 6 = 4·6/(4+6) = 2,4 Ω
Req = R1 + 2,4 = 15 + 2,4 = 17,4 Ω

Jawaban

Req = 17,4 Ω
8.Resistor seri & paralel

Jawaban: Req = 27,15 Ω

Resistor seri dan paralel: dalam seri, arus yang sama mengalir di setiap resistor dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam paralel, setiap resistor punya tegangan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Jaringan tangga disederhanakan satu pasang demi satu pasang hingga tersisa satu resistansi ekuivalen.

R1​ = 25 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​5 ΩAR4​2 ΩBR6​6 Ω

Gabungkan resistor dari ujung terjauh

Mulai dari ujung yang paling jauh dari sumber dan bergerak kembali ke arahnya. Resistor yang dialiri arus sama terhubung seri; resistor di antara dua simpul yang sama terhubung paralel.

R5 + R6 = 10 + 6 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 1,778 Ω
R3 + 1,778 = 3,778 Ω
R2 ∥ 3,778 = 2,152 Ω
Req = R1 + 2,152 = 25 + 2,152 = 27,15 Ω

Jawaban

Req = 27,15 Ω
9.Konverter DC-DC

Jawaban: ΔIL = 3,36 A

Konverter DC-DC: saklar S menyala selama fraksi D dari setiap periode T = 1/f. Pada keadaan tunak, tegangan rata-rata induktor adalah nol (keseimbangan volt-detik), yang memberikan rasio konversi ideal pada konduksi kontinu: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost pembalik |Vo| = Vin·D/(1 − D). Konverter ideal menjaga daya: Vin·Iin = Vo·Io. Selama S menyala, arus induktor naik sebesar ΔIL = VL·D·T/L, dengan VL = Vin − Vo untuk buck dan Vin untuk boost dan buck-boost. Riak keluaran adalah ΔVo = ΔIL/(8fC) untuk buck dan Io·D/(fC) untuk boost dan buck-boost. Arus induktor tepat menyentuh nol (batas CCM) ketika arus induktor rata-rata sama dengan ΔIL/2.

Siklus kerja

D = 112/(48 + 112) = 0,7

Tegangan induktor selama waktu nyala

Selama S menyala, induktor berada langsung di antara kedua ujung Vin.

VL = 48 V

Arus riak

ΔIL = VL·D/(L·f) = 48·0,7/(100·10⁻⁶·100·10³) = 3,36 A

Jawaban

ΔIL = 3,36 A
10.Konverter DC-DC

Jawaban: Lcrit = 36 µH

Konverter DC-DC: saklar S menyala selama fraksi D dari setiap periode T = 1/f. Pada keadaan tunak, tegangan rata-rata induktor adalah nol (keseimbangan volt-detik), yang memberikan rasio konversi ideal pada konduksi kontinu: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost pembalik |Vo| = Vin·D/(1 − D). Konverter ideal menjaga daya: Vin·Iin = Vo·Io. Selama S menyala, arus induktor naik sebesar ΔIL = VL·D·T/L, dengan VL = Vin − Vo untuk buck dan Vin untuk boost dan buck-boost. Riak keluaran adalah ΔVo = ΔIL/(8fC) untuk buck dan Io·D/(fC) untuk boost dan buck-boost. Arus induktor tepat menyentuh nol (batas CCM) ketika arus induktor rata-rata sama dengan ΔIL/2.

Siklus kerja

D = 1 − 24/40 = 0,4

Syarat batas

Samakan arus induktor rata-rata dengan setengah arus riak lalu selesaikan untuk L.

Lcrit = D(1 − D)²·R/(2f)

Induktansi kritis

Lcrit = 0,4(1 − 0,4)²·25/(250·10³) = 36 µH

Jawaban

Lcrit = 36 µH
11.Jembatan Wheatstone & strain gauge

Jawaban: Ig = 5597 µA

Jembatan Wheatstone: dua pembagi tegangan berbagi satu catu Vs. Pembagi kiri R1–R2 memberikan Va = Vs·R2/(R1 + R2) dan pembagi kanan R3–R4 memberikan Vb = Vs·R4/(R3 + R4); keluarannya adalah Vab = Va − Vb. Jembatan seimbang (Vab = 0, tidak ada arus di alat ukur) bila R1/R2 = R3/R4, yaitu R1·R4 = R2·R3. Dilihat dari keluarannya, jembatan adalah sumber Thévenin dengan Rth = R1∥R2 + R3∥R4.

Tegangan Thévenin

Vth = 10·(80/100 − 1000/2000) = 3 V

Resistansi Thévenin

Rth = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ = 516 Ω

Arus galvanometer

Ig = 3/(516 + 20) = 5597 µA

Jawaban

Ig = 5597 µA
12.Jembatan Wheatstone & strain gauge

Jawaban: Vo = 1 mV

Pengukur regangan (strain gauge): sebuah pengukur mengubah resistansinya menurut regangan: ΔR/R = GF·ε, dengan faktor pengukur GF sekitar 2 untuk foil logam. Pada jembatan dengan semua lengan sama dengan R, satu pengukur aktif (jembatan seperempat) memberikan Vo ≈ Vs·GF·ε/4. Dua pengukur aktif dengan regangan berlawanan pada lengan yang berdekatan (setengah jembatan) memberikan Vs·GF·ε/2, dan empat (jembatan penuh) memberikan Vs·GF·ε. Tegangan mekanik mengikuti hukum Hooke, σ = E·ε. Sel beban menyatakan sensitivitasnya dalam mV/V: keluaran pada beban penuh per volt eksitasi.

Perubahan resistansi relatif

ΔR/R = 2·400·10⁻⁶ = 0,0008

Keluaran jembatan

Vo = Vs·GF·ε/2 = 2,5·0,0008/2 = 1 mV

Jawaban

Vo = 1 mV
13.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: AB = 11, CD = 01

Peta Karnaugh: sel-sel diurutkan dalam kode Gray (00, 01, 11, 10), sehingga sel bertetangga, termasuk yang melewati tepi, berbeda tepat pada satu variabel. Kelompokkan angka 1 dalam persegi panjang berisi 1, 2, 4, 8, atau 16 sel, sebesar mungkin dan sesedikit mungkin, sampai setiap angka 1 tercakup. Setiap kelompok adalah satu suku hasil kali: variabel yang tetap konstan di dalamnya. Kelompok 2ᵏ sel kehilangan k variabel. Don’t-care (X) boleh dipakai untuk memperbesar kelompok tetapi tidak harus dicakup. Mengelompokkan angka 0 sebagai gantinya menghasilkan bentuk POS minimal.

Tetangga setiap angka 1

Angka 1 dengan tetangga angka 1 dapat bergabung dalam kelompok dua atau lebih.

m13: m12, m15, m9, m5 → 0
ABCD00011110000111101111111

Angka 1 yang terisolasi

m13 = ABC′D → AB = 11, CD = 01

Jawaban

AB = 11, CD = 01
14.Logika digital: gerbang, peta-K & flip-flop

Jawaban: L = 12

Peta Karnaugh: sel-sel diurutkan dalam kode Gray (00, 01, 11, 10), sehingga sel bertetangga, termasuk yang melewati tepi, berbeda tepat pada satu variabel. Kelompokkan angka 1 dalam persegi panjang berisi 1, 2, 4, 8, atau 16 sel, sebesar mungkin dan sesedikit mungkin, sampai setiap angka 1 tercakup. Setiap kelompok adalah satu suku hasil kali: variabel yang tetap konstan di dalamnya. Kelompok 2ᵏ sel kehilangan k variabel. Don’t-care (X) boleh dipakai untuk memperbesar kelompok tetapi tidak harus dicakup. Mengelompokkan angka 0 sebagai gantinya menghasilkan bentuk POS minimal.

Implikan prima

Kelompok terbesar yang dapat dibentuk dari angka 1 dan X.

B′C′D, ACD′, ABD′, ABC
ABCD000111100001111000X1X302040507061120131151140819011110

Cakupan minimal

F = B′C′D + ACD′ + ABD′ + ABC
L = 12

Jawaban

L = 12

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1