Tiltą laikykite dviem įtampos dalikliais ant to paties šaltinio.
Pusiausvyrai nustatykite R₁/R₂ = R₃/R₄ ir išspręskite nežinomą rezistorių.
Nesubalansuotam tiltui iš daliklių raskite Va ir Vb ir atimkite; kai prietaisas apkrauna išėjimą, naudokite Tevenino ekvivalentą.
Tenzojutikliams deformaciją paverskite ΔR/R = GF·ε ir naudokite Vs·GF·ε/4, /2 arba ×1 ketvirtiniam, pusiniam ar pilnam tiltui.
Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Pagrindiniai elementai
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Būlio taisyklės
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgano dėsniai
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Karno žemėlapio tvarka
00, 01, 11, 10 (Gray code)
2ᵏ langelių grupė
netenka k kintamųjų
4 į 1 multiplekseris
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Trigeriai
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Skaitikliai
n bitų: 2ⁿ būsenų; mod-N: mažiausias n, kad 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Nuosekliojo veikimo (ripple) skaitiklis
fmax = 1/(n·tpd)
Žiediniai ir Johnsono skaitikliai
n ir 2n būsenų
Metodas
Grandinei dirbkite nuo įėjimų iki išėjimo po vieną elementą ir užrašykite reikšmę ant kiekvieno laido arba užrašykite išraišką ir užpildykite teisingumo lentelę.
Supaprastindami įrašykite vienetus (o nesvarbias reikšmes kaip X) į Karno žemėlapį su Grejaus kodo eilutėmis ir stulpeliais: 00, 01, 11, 10.
Vienetus padenkite kuo mažiau ir kuo didesnių 1, 2, 4, 8 ar 16 langelių grupių, apsisukančių per kraštus; kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys iš kintamųjų, kurie joje nesikeičia. POS formai grupuokite nulius.
Trigeriams ir skaitikliams skaitykite įėjimus kiekvienu aktyviu taktiniu frontu, užrašykite būseną po kiekvieno fronto ir atminkite, kad n bitų skaitiklis apsisuka po 2ⁿ būsenų.
2Uždaviniai
1.Diodai ir tranzistoriaiVidutinis
4 raudoni LED (kiekvieno tiesioginė įtampa 2 V) sujungti nuosekliai su rezistoriumi ir prijungti prie 9 V šaltinio. Raskite varžą R, nustatančią 25 mA srovę.
Vs = 9 VVF = 2 Vn = 4I = 25 mA
R = Ω
2.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
NPN tranzistorius, kurio β = 150, komutuoja 100 Ω apkrovos rezistorių, prijungtą tarp VCC = 12 V ir jo kolektoriaus. Emiteris įžemintas. Bazė valdoma iš 5 V loginio išėjimo per bazės rezistorių RB. Imkite VBE = 0,7 V ir VCE(sat) = 0,2 V. Raskite didžiausią bazės rezistorių RB kΩ, kuris dar įveda tranzistorių į įsotinimą.
Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V įtampa; jo išėjimas įsisotina ties ±13 V. Invertuojantis stiprintuvas valdomas sinusiniu signalu. Raskite didžiausią įėjimo amplitudę Vin,max (amplitudinę vertę), kuriai esant išėjimas neapribojamas.
R1 = 1 kΩRf = 47 kΩVsat = ±13 V
Vin,max = V
4.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
Sumuojantysis stiprintuvas naudoja idealų operacinį stiprintuvą, maitinamą ±15 V. Raskite srovę If per grįžtamojo ryšio rezistorių, tekančią išėjimo link.
V1 = 1,1 VV2 = −0,8 VR1 = 2 kΩR2 = 1 kΩRf = 1 kΩ
If = mA
5.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
Šaltinis Vₛ per R₁ krauna kondensatorių, o R₂ prijungtas lygiagrečiai su C. Kondensatorius neįkrautas, kai jungiklis užsidaro momentu t = 0. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 75 ms.
Vs = 15 VR1 = 3,3 kΩR2 = 10 kΩC = 33 µFt = 75 ms
vC = V
6.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Laikmatis momentu t = 0 pradeda krauti neįkrautą kondensatorių per rezistorių iš 5 V šaltinio. Jis turi suveikti, kai kondensatoriaus įtampa pasiekia 4,5 V, lygiai po 200 ms nuo pradžios. Kai C = 4,7 µF, raskite reikiamą varžą R.
Vs = 5 VVth = 4,5 VT = 200 msC = 4,7 µF
R = kΩ
7.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiVidutinis
Raskite ekvivalentinę varžą Req, kurią mato šaltinis V1.
V1 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 ΩR4 = 3 Ω
Req = Ω
8.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus
Raskite ekvivalentinę varžą Req, kurią mato šaltinis V1.
Idealus žeminantysis keitiklis 12 V paverčia 9 V, dažnis 500 kHz, L = 10 µH. Raskite induktyvumo pulsacijos srovę tarp viršūnių ΔIL.
Vin = 12 VVo = 9 Vf = 500 kHzL = 10 µH
ΔIL = A
10.DC-DC keitikliaiSunkus
Idealus aukštinantysis keitiklis 48 V paverčia 160 V, apkrova 4 Ω, dažnis 250 kHz. Išėjimo kondensatorius yra 10 µF. Raskite išėjimo įtampos pulsaciją tarp viršūnių ΔVo mV.
Vin = 48 VVo = 160 Vf = 250 kHzC = 10 µFR = 4 Ω
ΔVo = mV
11.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiVidutinis
Tilto, kurio keturių svirčių varža yra 200 Ω, maitinimas 5 V. Pasikeitus jutiklio R₂ varžai, išėjimas rodo Vab = 119 mV. Raskite tikslų R₂ pokytį ΔR.
Vs = 5 VR = 200 ΩVab = 119 mV
ΔR = Ω
12.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiSunkus
120 Ω tenzojutiklis, kurio tenzojautrumo koeficientas 2,05, priklijuotas prie plieninio strypo. Veikiant apkrovai jo varža padidėja 0,0492 Ω. Raskite deformaciją ε mikrodeformacijomis (µε).
R = 120 ΩGF = 2,05ΔR = 0,0492 Ω
ε = µε
13.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
Karno žemėlapiu raskite minimalią F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 4, 6, 7, 8, 9, 13) sumų sandaugos (POS) formą. Kiek sumos narių (daugiklių) N ji turi?
F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 4, 6, 7, 8, 9, 13)
N =
14.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
Raskite minimalią F(A, B, C, D) = Σm(1, 3, 4, 15) + d(7, 10, 11) SOP formą, kur d žymi nesvarbias sąlygas. Kiek sandaugos narių N ji turi?
F(A, B, C, D) = Σm(1, 3, 4, 15) + d(7, 10, 11)
N =
3Tirpalai
1.Diodai ir tranzistoriai
Atsakymas: R = 40 Ω
Šviesos diodų (LED) ir diodų grandinės: tiesiogine kryptimi įjungtas LED krinta maždaug jo tiesiogine įtampa VF (apie 2 V raudonam, 3 V mėlynam ar baltam), nepriklausomai nuo srovės. Srovę nustato nuoseklusis rezistorius: R = (Vs − n·VF)/I, kai nuosekliai sujungta n LED. Tikslesniu diodo modeliu V = V₀ + I·rd darbo taškas yra ten, kur diodo tiesė kertasi su apkrovos tiese I = (Vs − V)/R, todėl I = (Vs − V₀)/(R + rd).
Įtampa ant rezistoriaus
VR = 9 − 4·2 = 1 V
Varža
R = 1/0,025 = 40 Ω
Atsakymas
R = 40 Ω
Rezistoriuje išsiskiria 25 mW.
2.Diodai ir tranzistoriai
Atsakymas: RB = 5,466 kΩ
Dvipolis tranzistorius kaip jungiklis: norint visiškai įjungti apkrovą, tranzistorius įvedamas į įsotinimą, kai VCE = VCE(sat), o kolektoriaus srovę nulemia apkrova: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Įsotinimui reikia bent IB = IC(sat)/β. Jei bazės srovė mažesnė, tranzistorius lieka aktyviojoje srityje ir IC = β·IB.
Kolektoriaus srovė įsotinimo režime
IC(sat) = (12 − 0,2)/100 = 118 mA
Mažiausia bazės srovė
IB(min) = IC(sat)/β = 118/150 = 786,7 µA
Bazės rezistorius
RB = (5 − 0,7)/IB = 4,3 V/0,7867 mA = 5,466 kΩ
Atsakymas
RB = 5,466 kΩ
Bet kuris mažesnis bazės rezistorius taip pat įsotina tranzistorių; praktikoje parenkamas kelis kartus mažesnis.
3.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: Vin,max = 0,2766 V
Idealaus operacinio stiprintuvo taisyklės: esant neigiamajam grįžtamajam ryšiui, stiprintuvas nustato išėjimą taip, kad abiejų įėjimų įtampa būtų vienoda (V₋ = V₊), ir į nė vieną įėjimą srovė neteka. KSD invertuojančiajame įėjime su šiais dviem faktais duoda išėjimą.
Stiprinimas
|Av| = Rf/R1 = 47/1 = 47
Didžiausias įėjimas prieš apribojimą
Vin,max = Vsat/|Av| = 13/47 = 0,2766 V
Atsakymas
Vin,max = 0,2766 V
4.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: If = −0,25 mA
Idealaus operacinio stiprintuvo taisyklės: esant neigiamajam grįžtamajam ryšiui, stiprintuvas nustato išėjimą taip, kad abiejų įėjimų įtampa būtų vienoda (V₋ = V₊), ir į nė vieną įėjimą srovė neteka. KSD invertuojančiajame įėjime su šiais dviem faktais duoda išėjimą.
Įėjimo srovės
V₋ = 0, todėl ant kiekvieno įėjimo rezistoriaus yra visa jo įėjimo įtampa.
I1 = V1/R1 = 1,1/2 = 0,55 mA
I2 = V2/R2 = −0,8/1 = −0,8 mA
If = I1 + I2 = −0,25 mA
Atsakymas
If = −0,25 mA
5.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 6,766 V
Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.
Kondensatoriaus matomas Tevenino ekvivalentas
Šaltinį trumpai sujunkite, kad rastumėte Rth; kondensatorių atjunkite, kad rastumėte įtampą, iki kurios jis nusistovės.
Rth = R1 ∥ R2 = 3,3·10/(3,3 + 10) = 2,481 kΩ
vC(∞) = 15·10/(3,3 + 10) = 11,28 V
Laiko konstanta
τ = Rth·C = 2,481·33 = 81,88 ms
Įkrovimo kreivė
vC(t) = 11,28·(1 − e−75/81,88) = 6,766 V
Atsakymas
vC = 6,766 V
6.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: R = 18,48 kΩ
Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.
Reikiama laiko konstanta
4,5 = 5·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(5/(5 − 4,5))
τ = 200/2,303 = 86,86 ms
Varža
kΩ kart µF duoda milisekundes.
R = τ/C = 86,86/4,7 = 18,48 kΩ
Atsakymas
R = 18,48 kΩ
7.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 6,077 Ω
Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.
Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo
Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.
R3 + R4 = 5 + 3 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 5·8/(5+8) = 3,077 Ω
Req = R1 + 3,077 = 3 + 3,077 = 6,077 Ω
Atsakymas
Req = 6,077 Ω
8.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 18,67 Ω
Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.
Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo
Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.
R5 + R6 = 3 + 12 = 15 Ω
R4 ∥ 15 = 1,765 Ω
R3 + 1,765 = 6,765 Ω
R2 ∥ 6,765 = 3,665 Ω
Req = R1 + 3,665 = 15 + 3,665 = 18,67 Ω
Atsakymas
Req = 18,67 Ω
9.DC-DC keitikliai
Atsakymas: ΔIL = 0,45 A
DC-DC keitikliai: jungiklis S įjungiamas kiekvieno periodo T = 1/f dalį D. Nusistovėjusiame režime vidutinė induktyvumo įtampa lygi nuliui (voltsekundžių pusiausvyra), o tai ištisinio laidumo režime duoda idealius keitimo santykius: žeminantysis Vo = D·Vin, aukštinantysis Vo = Vin/(1 − D), invertuojantysis žeminantysis-aukštinantysis |Vo| = Vin·D/(1 − D). Idealus keitiklis išlaiko galią: Vin·Iin = Vo·Io. Kol S įjungtas, induktyvumo srovė padidėja ΔIL = VL·D·T/L, kur VL = Vin − Vo žeminančiajam ir Vin aukštinančiajam bei žeminančiajam-aukštinančiajam keitikliui. Išėjimo pulsacija yra ΔVo = ΔIL/(8fC) žeminančiajam ir Io·D/(fC) aukštinančiajam bei žeminančiajam-aukštinančiajam. Induktyvumo srovė vos pasiekia nulį (CCM riba), kai vidutinė induktyvumo srovė lygi ΔIL/2.
Pildymo koeficientas
D = 9/12 = 0,75
Induktyvumo įtampa įjungimo metu
Kol S įjungtas, induktyvumas yra tarp Vin ir Vo.
VL = 12 − 9 = 3 V
Pulsacijos srovė
ΔIL = VL·D/(L·f) = 3·0,75/(10·10⁻⁶·500·10³) = 0,45 A
Atsakymas
ΔIL = 0,45 A
10.DC-DC keitikliai
Atsakymas: ΔVo = 11200 mV
DC-DC keitikliai: jungiklis S įjungiamas kiekvieno periodo T = 1/f dalį D. Nusistovėjusiame režime vidutinė induktyvumo įtampa lygi nuliui (voltsekundžių pusiausvyra), o tai ištisinio laidumo režime duoda idealius keitimo santykius: žeminantysis Vo = D·Vin, aukštinantysis Vo = Vin/(1 − D), invertuojantysis žeminantysis-aukštinantysis |Vo| = Vin·D/(1 − D). Idealus keitiklis išlaiko galią: Vin·Iin = Vo·Io. Kol S įjungtas, induktyvumo srovė padidėja ΔIL = VL·D·T/L, kur VL = Vin − Vo žeminančiajam ir Vin aukštinančiajam bei žeminančiajam-aukštinančiajam keitikliui. Išėjimo pulsacija yra ΔVo = ΔIL/(8fC) žeminančiajam ir Io·D/(fC) aukštinančiajam bei žeminančiajam-aukštinančiajam. Induktyvumo srovė vos pasiekia nulį (CCM riba), kai vidutinė induktyvumo srovė lygi ΔIL/2.
Pildymo koeficientas
D = 1 − 48/160 = 0,7
Apkrovos srovė
Io = 160/4 = 40 A
Išėjimo pulsacija
ΔVo = 40·0,7/(250·10³·10·10⁻⁶) = 11200 mV
Atsakymas
ΔVo = 11200 mV
11.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai
Atsakymas: ΔR = 20 Ω
Vitstouno tiltas: du įtampos dalikliai maitinami iš to paties šaltinio Vs. Kairysis daliklis R1–R2 duoda Va = Vs·R2/(R1 + R2), o dešinysis daliklis R3–R4 duoda Vb = Vs·R4/(R3 + R4); išėjimas yra Vab = Va − Vb. Tiltas yra subalansuotas (Vab = 0, prietaisu srovė neteka), kai R1/R2 = R3/R4, t. y. R1·R4 = R2·R3. Žiūrint nuo išėjimo, tiltas yra Tevenino šaltinis, kurio Rth = R1∥R2 + R3∥R4.
Mazgo įtampa
Va = 2,5 + 0,1191 = 2,619 V
Išspręskite daliklį
R₂ = 200·2,619/(5 − 2,619) = 220 Ω
ΔR = 220 − 200 = 20 Ω
Atsakymas
ΔR = 20 Ω
12.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai
Atsakymas: ε = 200 µε
Tenzojutikliai: jutiklio varža kinta kartu su deformacija: ΔR/R = GF·ε, kur tenzojautrumo koeficientas GF metalinei folijai yra apie 2. Tilte, kurio visos svirtys lygios R, vienas aktyvus jutiklis (ketvirtinis tiltas) duoda Vo ≈ Vs·GF·ε/4. Du aktyvūs jutikliai su priešingomis deformacijomis gretimose svirtyse (pustiltis) duoda Vs·GF·ε/2, o keturi (pilnas tiltas) – Vs·GF·ε. Įtempis gaunamas iš Huko dėsnio, σ = E·ε. Apkrovos jutikliai savo jautrį nurodo mV/V: išėjimas esant pilnai apkrovai vienam žadinimo voltui.
Santykinis varžos pokytis
ΔR/R = 0,0492/120 = 0,00041
Deformacija
ε = 0,00041/2,05 = 0,0002 = 200 µε
Atsakymas
ε = 200 µε
13.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Atsakymas: N = 4
Karno žemėlapiai: langeliai išdėstyti Grejaus kodu (00, 01, 11, 10), todėl gretimi langeliai, įskaitant esančius per kraštus, skiriasi tiksliai vienu kintamuoju. Sugrupuokite vienetus į 1, 2, 4, 8 arba 16 langelių stačiakampius, kuo didesnius ir kuo mažiau, kol bus padengtas kiekvienas vienetas. Kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys: kintamieji, kurie joje nesikeičia. 2ᵏ langelių grupė netenka k kintamųjų. Nesvarbias reikšmes (X) galima naudoti grupėms didinti, bet jų dengti nebūtina. Grupuojant nulius, gaunama minimali POS forma.
Sugrupuokite nulius
Kiekviena grupė yra 2ᵏ langelių stačiakampis; kraštiniai langeliai yra priešingo krašto langelių kaimynai.
(B + C′)
(A′ + C′)
(A′ + B′ + D)
(A + B′ + C + D′)
Minimali POS forma
F = (B + C′)(A′ + C′)(A′ + B′ + D)(A + B′ + C + D′)
N = 4
Atsakymas
N = 4
14.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Atsakymas: N = 3
Karno žemėlapiai: langeliai išdėstyti Grejaus kodu (00, 01, 11, 10), todėl gretimi langeliai, įskaitant esančius per kraštus, skiriasi tiksliai vienu kintamuoju. Sugrupuokite vienetus į 1, 2, 4, 8 arba 16 langelių stačiakampius, kuo didesnius ir kuo mažiau, kol bus padengtas kiekvienas vienetas. Kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys: kintamieji, kurie joje nesikeičia. 2ᵏ langelių grupė netenka k kintamųjų. Nesvarbias reikšmes (X) galima naudoti grupėms didinti, bet jų dengti nebūtina. Grupuojant nulius, gaunama minimali POS forma.
Pagrindiniai implikantai
Didžiausios grupės, kurias galima sudaryti iš vienetų ir X.