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
5,1 V Zenerio stabilizatorius maitinamas iš 24 V per 270 Ω ir tiekia srovę 1500 Ω apkrovai. Raskite Zenerio diodo srovę IZ.
Vin = 24 VVZ = 5,1 VR = 270 ΩRL = 1500 Ω
IZ = mA
2.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
NPN tranzistorius, kurio β = 100, komutuoja 470 Ω apkrovos rezistorių, prijungtą tarp VCC = 12 V ir jo kolektoriaus. Emiteris įžemintas. Bazė valdoma iš 3,3 V loginio išėjimo per bazės rezistorių RB = 4,7 kΩ. Imkite VBE = 0,7 V ir VCE(sat) = 0,2 V. Raskite kolektoriaus srovę IC mA, kai įėjime aukštas lygis. Pirmiausia nustatykite, ar tranzistorius įsotintas.
Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V. Raskite išėjimo įtampą Vout.
Vin = 0,1 VR1 = 10 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
4.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
Sumuojantysis stiprintuvas naudoja idealų operacinį stiprintuvą, maitinamą ±15 V. Raskite srovę If per grįžtamojo ryšio rezistorių, tekančią išėjimo link.
Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Po kiek laiko nuo jungiklio užsidarymo srovė pasiekia 99% galutinės vertės? Raskite t.
Vs = 15 VR = 50 ΩL = 10 mH
t = ms
6.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Jungiklis, lygiagretus R2, ilgai buvo atidarytas, todėl ritės srovė nusistovėjusi. Momentu t = 0 jungiklis užsidaro ir trumpai sujungia R2. Po kiek laiko nuo t = 0 ritės srovė pasiekia 1,175 A? Raskite t.
Vs = 20 VR1 = 10 ΩR2 = 47 ΩL = 33 mH
t = ms
7.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiVidutinis
Raskite srovę IR2 per R2.
V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 ΩR4 = 3 Ω
IR2 = A
8.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus
Raskite ekvivalentinę varžą Req, kurią mato šaltinis V1.
Idealus žeminantysis keitiklis 24 V paverčia 7,2 V, jungimo dažnis 200 kHz. Raskite induktyvumą L, kuriam esant induktyvumo pulsacijos srovė tarp viršūnių yra 0,5 A.
330 Ω tenzojutiklis yra viena tilto svirtis (R₂), kurio keturių vienodų svirčių varža yra 330 Ω, o žadinimas 3 V. Raskite jutiklyje išsklaidomą galią Pg mW. Savaiminis kaitimas riboja žadinimą.
Vs = 3 VR = 330 Ω
Pg = mW
12.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliaiSunkus
Ketvirtinis tiltas su vienu aktyviu jutikliu (GF = 2) žadinamas 3 V. Veikiant apkrovai išėjimas rodo 0,9 mV. Raskite deformaciją ε µε.
Vs = 3 VGF = 2Vo = 0,9 mV
ε = µε
13.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
Karno žemėlapiu raskite minimalią F(A, B, C) = Σm(1, 4, 5, 7) sumų sandaugos (POS) formą. Kiek sumos narių (daugiklių) N ji turi?
F(A, B, C) = Σm(1, 4, 5, 7)
N =
14.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
Raskite minimalią F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 9, 11, 14) + d(4, 7, 15) SOP formą, kur d žymi nesvarbias sąlygas. Kiek literalų L ji turi?
F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 9, 11, 14) + d(4, 7, 15)
L =
3Tirpalai
1.Diodai ir tranzistoriai
Atsakymas: IZ = 66,6 mA
Zenerio stabilizatorius: atvirkštine kryptimi įjungtas Zenerio diodas išlaiko įtampą VZ, kol jo srovė viršija mažiausią IZ,min. Nuoseklusis rezistorius R priima skirtumą tarp įėjimo ir išėjimo: IR = (Vin − VZ)/R. Ši srovė dalijasi tarp apkrovos, IL = VZ/RL, ir Zenerio diodo: IZ = IR − IL. Projektuokite blogiausiems atvejams: esant mažiausiai įėjimo įtampai ir didžiausiai apkrovai vis tiek turi likti IZ,min, o didžiausia įėjimo įtampa be apkrovos duoda didžiausią Zenerio diodo galią PZ = VZ·IZ.
Rezistoriaus srovė
IR = 18,9/270 = 70 mA
Apkrovos srovė
IL = 5,1/1500 = 3,4 mA
Zenerio diodo srovė
IZ = 70 − 3,4 = 66,6 mA
Atsakymas
IZ = 66,6 mA
2.Diodai ir tranzistoriai
Atsakymas: IC = 25,11 mA
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.
Bazės srovė
IB = (3,3 − 0,7)/4,7 kΩ = 553,2 µA
Įsotintas ar aktyvus?
β·IB didesnė už IC(sat), todėl tranzistorius įsotinamas.
β·IB = 55,32 mA
IC(sat) = (12 − 0,2)/470 = 25,11 mA
Kolektoriaus srovė
IC = IC(sat) = 25,11 mA
Atsakymas
IC = 25,11 mA
Tranzistorius įsotintas.
3.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: Vout = 0,2 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.
Invertuojantysis įėjimas seka įėjimą
V₋ = V₊ = 0,1 V
I = V₋/R1 = 0,1/10 = 0,01 mA
Išėjimo įtampa
Srovė per R₁ teka ir per Rf.
Vout = V₋ + I·Rf = 0,1 + 0,01·10 = 0,2 V
Atsakymas
Vout = 0,2 V
4.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: If = 0,1119 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 = 1,2/47 = 0,02553 mA
I2 = V2/R2 = 1,9/22 = 0,08636 mA
If = I1 + I2 = 0,1119 mA
Atsakymas
If = 0,1119 mA
5.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: t = 0,921 ms
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.
Laiko konstanta ir galutinė srovė
Ilgai po jungiklio užsidarymo ritė elgiasi kaip trumpasis jungimas, todėl galutinę srovę lemia tik R.
τ = L/R = 10 mH / 50 Ω = 0,2 ms
i(∞) = Vs/R = 15/50 = 0,3 A
Išreiškite laiką
0,99 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,99)
t = −0,2·ln(0,01) = 0,921 ms
Atsakymas
t = 0,921 ms
6.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: t = 2,286 ms
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.
Pradinė vertė, galutinė vertė, laiko konstanta
Iki t = 0 kontūre yra abu rezistoriai; po to uždarytas jungiklis apeina R₂.
i(0) = 20/(10 + 47) = 0,3509 A
i(∞) = 20/10 = 2 A
τ = L/R = 33/10 = 3,3 ms
i(t) = 2 + (0,3509 − 2)·e−t/τ
Išreiškite laiką
e−t/τ = (1,175 − 2)/(0,3509 − 2) = 0,5003
t = 3,3·ln(1,999) = 2,286 ms
Atsakymas
t = 2,286 ms
7.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR2 = 0,8519 A
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 = 20 + 3 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 12·23/(12+23) = 7,886 Ω
Req = R1 + 7,886 = 6 + 7,886 = 13,89 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 18/13,89 = 1,296 A
Srovė per R₂
Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 1,296·6 = 10,22 V
IR2 = VA/R2 = 10,22/12 = 0,8519 A
Atsakymas
IR2 = 0,8519 A
8.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 31,81 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 + 15 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 7,2 Ω
R3 + 7,2 = 19,2 Ω
R2 ∥ 19,2 = 1,811 Ω
Req = R1 + 1,811 = 30 + 1,811 = 31,81 Ω
Atsakymas
Req = 31,81 Ω
9.DC-DC keitikliai
Atsakymas: L = 50,4 µH
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 = 7,2/24 = 0,3
Induktyvumas
L = 16,8·0,3/(0,5·200·10³) = 50,4 µH
Atsakymas
L = 50,4 µH
10.DC-DC keitikliai
Atsakymas: Lcrit = 45 µH
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 = 16/(48 + 16) = 0,25
Ribos sąlyga
Vidutinę induktyvumo srovę prilyginkite pusei pulsacijos srovės ir išspręskite L.
Lcrit = (1 − D)²·R/(2f)
Kritinis induktyvumas
Lcrit = (1 − 0,25)²·8/(250·10³) = 45 µH
Atsakymas
Lcrit = 45 µH
11.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai
Atsakymas: Pg = 6,818 mW
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.
Įtampa ant jutiklio
V = 3/2 = 1,5 V
Galia
Pg = 1,5²/330 = 6,818 mW
Atsakymas
Pg = 6,818 mW
12.Vitstouno tiltas ir tenzojutikliai
Atsakymas: ε = 600 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.
Išspręskite ketvirtinio tilto lygtį
ε = 4·0,0009/(3·2) = 0,0006
Mikrodeformacijomis
ε = 600 µε
Atsakymas
ε = 600 µε
13.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.
Sugrupuokite nulius
Kiekviena grupė yra 2ᵏ langelių stačiakampis; kraštiniai langeliai yra priešingo krašto langelių kaimynai.
(B′ + C)
(A + C)
(A + B′)
Minimali POS forma
F = (B′ + C)(A + C)(A + B′)
N = 3
Atsakymas
N = 3
14.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Atsakymas: L = 11
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.