FE Electrical and Computer egzamino praktika: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 40 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Nuosekliai sujungti rezistoriai
Req = R1 + R2 + …
Lygiagrečiai sujungti rezistoriai
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Du lygiagrečiai
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Omo dėsnis
V = I·R
Galia
P = V·I = I²R = V²/R

Metodas

  1. Pradėkite nuo grandinės galo, esančio toliausiai nuo gnybtų.
  2. Nuosekliai sujungtus rezistorius sudėkite, o lygiagrečius junkite pagal 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Po kiekvieno žingsnio perbraižykite grandinę.
  4. Kartokite, kol tarp gnybtų liks vienas rezistorius.

Mazgų potencialų metodas

Kirchhofo srovių dėsnis
ΣIin = ΣIout
Šakos srovė
I = (Va − Vb)/R
Atskaitos mazgas
Vground = 0

Metodas

  1. Pasirinkite atskaitos mazgą (įžeminimą) ir pažymėkite kitų mazgų potencialus.
  2. Kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį: per šakas ištekančios srovės lygios įtekančioms.
  3. Kiekvienos šakos srovę išreikškite kaip (Va − Vb)/R.
  4. Išspręskite lygčių sistemą, tada raskite reikiamas sroves.

Kontūrų srovių metodas

Kirchhofo įtampų dėsnis
ΣV = 0 kiekviename kontūre
Bendras rezistorius
srovė = I1 − I2
Srovės šaltinis kontūre
nustato to kontūro srovę

Metodas

  1. Kiekviename grandinės kontūre (lange) nubrėžkite pagal laikrodžio rodyklę tekančią srovę.
  2. Kiekvienam kontūrui taikykite Kirchhofo įtampų dėsnį: įtampų kritimų suma lygi nuliui.
  3. Dviem kontūrams bendrame rezistoriuje srovė lygi abiejų kontūrų srovių skirtumui.
  4. Išspręskite lygtis; neigiamas rezultatas reiškia, kad srovė teka priešinga kryptimi.

Superpozicija

Superpozicija
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Išjungtas įtampos šaltinis
trumpasis jungimas (0 V)
Išjungtas srovės šaltinis
atvira grandinė (0 A)
Įtampos daliklis
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Srovės daliklis
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Metodas

  1. Suskaičiuokite nepriklausomus šaltinius. Kiekvienam šaltiniui išspręsite po vieną paprastesnę grandinę.
  2. Palikite vieną šaltinį, o kitus išjunkite: įtampos šaltinis tampa trumpuoju jungimu (laidu), srovės šaltinis – atvira grandine (tarpu).
  3. Paprastesnėje grandinėje raskite reikiamą įtampą arba srovę, sekdami jos kryptį.
  4. Pakartokite kiekvienam šaltiniui, tada sudėkite indėlius su jų ženklais.

Teveninas ir Nortonas

Tevenino įtampa
Vth = Vopen circuit
Tevenino varža
Rth: visi šaltiniai išjungti, žiūrint iš a–b
Nortono srovė
IN = Vth/Rth
Apkrovos srovė
IL = Vth/(Rth + RL)
Didžiausios galios perdavimas
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Metodas

  1. Atjunkite apkrovą ir pažymėkite abu gnybtus a ir b.
  2. Raskite tuščiosios veikos įtampą tarp a ir b: tai Vth.
  3. Išjunkite visus nepriklausomus šaltinius ir raskite varžą, matomą iš a–b: tai Rth.
  4. Grąžinkite apkrovą į ekvivalentinę grandinę: Vth nuosekliai su Rth.
  5. Nortono ekvivalentui perskaičiuokite: IN = Vth/Rth, o RN = Rth lygiagrečiai.

RC ir RL pereinamieji procesai

Laiko konstanta
τ = RC | τ = L/R
Atsakas
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kondensatorius esant nuolatinei srovei
atvira grandinė; vC negali kisti šuoliu
Ritė esant nuolatinei srovei
trumpasis jungimas; iL negali kisti šuoliu
Nusistovėjęs režimas
t ≈ 5τ

Metodas

  1. Raskite pradinę vertę iškart po perjungimo: kondensatoriaus įtampa ir ritės srovė negali kisti šuoliu.
  2. Raskite galutinę vertę praėjus ilgam laikui po perjungimo: kondensatorius veikia kaip atvira grandinė, ritė – kaip trumpasis jungimas.
  3. Raskite laiko konstantą: τ = RC arba τ = L/R, naudodami varžą, kurią „mato“ kondensatorius ar ritė.
  4. Naudokite x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Pilnutinės varžos
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Kampinis dažnis
ω = 2πf
Modulis ir kampas
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Omo dėsnis fazoriams
V = I·Z

Metodas

  1. Perskaičiuokite dažnį: ω = 2πf.
  2. Raskite kiekvieną reaktansą: XL = ωL ir XC = 1/(ωC).
  3. Impedansus sudėkite kaip rezistorius, kai Z = R + jX.
  4. Raskite modulį |Z| = √(R² + X²) ir kampą φ = atan(X/R), tada taikykite Omo dėsnį fazoriams.

Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Aktyvioji galia
P = V·I·cos φ
Reaktyvioji galia
Q = V·I·sin φ
Pilnutinė galia
S = V·I = √(P² + Q²)
Galios koeficientas
pf = cos φ = P/S
Kompensacinis kondensatorius
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Trifazė galia

Žvaigždės (Y) jungimas
VL = √3·Vph, IL = Iph
Trikampio (Δ) jungimas
VL = Vph, IL = √3·Iph
Bendra aktyvioji galia
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Pilnutinė ir reaktyvioji galia
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kompensavimo kondensatoriai
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Įtampa ant kiekvieno kondensatoriaus
Δ: VL Y: VL/√3
Variklio naudojama galia
Pin = Pout/η

Transformatoriai

Transformacijos koeficientas
a = N1/N2 = V1/V2
Srovių santykis
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Vardinė srovė
I = S/V
Perskaičiuota varža
Z1′ = a²·ZL
Vario nuostoliai esant daliniam apkrovimui
Pcu = x²·Pcu,fl
Naudingumo koeficientas
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Didžiausias naudingumo koeficientas
x = √(Pcore/Pcu,fl)

Operacinių stiprintuvų grandinės

Invertuojantysis stiprintuvas
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Neinvertuojantysis stiprintuvas
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Sumuojantysis stiprintuvas
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Idealus operacinis stiprintuvas
V+ = V−, Iin = 0

Diodai ir tranzistoriai

Diodas (pastovus įtampos kritimas)
VD = 0,7 V when conducting
Aktyvioji sritis
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Fiksuotasis maitinimas
IB = (VCC − 0,7)/RB
Maitinimas per daliklį
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Daliklio Tevenino ekvivalentas
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Kolektoriaus kontūras
VCE = VCC − ICRC − IERE
Įsotinimas
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Skaičiavimo sistemos

Pozicijų vertės
dvejetainė 2k, aštuntainė 8k, šešioliktainė 16k
Į dešimtainę
Σ dk·bk
Iš dešimtainės
dalykite iš pagrindo, liekanas skaitykite iš apačios į viršų
Šešioliktainė ↔ dvejetainė
vienas šešioliktainis skaitmuo = 4 bitai
Papildomasis kodas
invertuokite bitus ir pridėkite 1

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

  1. Grandinei dirbkite nuo įėjimų iki išėjimo po vieną elementą ir užrašykite reikšmę ant kiekvieno laido arba užrašykite išraišką ir užpildykite teisingumo lentelę.
  2. Supaprastindami įrašykite vienetus (o nesvarbias reikšmes kaip X) į Karno žemėlapį su Grejaus kodo eilutėmis ir stulpeliais: 00, 01, 11, 10.
  3. 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.
  4. Trigeriams ir skaitikliams skaitykite įėjimus kiekvienu aktyviu taktiniu frontu, užrašykite būseną po kiekvieno fronto ir atminkite, kad n bitų skaitiklis apsisuka po 2ⁿ būsenų.

Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Stabilumas
visos charakteristinio daugianario šaknys kairiojoje pusplokštumėje
Rauso lentelė, kubinio daugianario s¹ elementas
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Šaknys dešiniojoje pusplokštumėje
ženklo kaitų skaičius pirmajame stulpelyje
Kubinis daugianaris s³ + a₂s² + a₁s + a₀
stabilus, kai visi a > 0 ir a₂·a₁ > a₀
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Charakteringoji lygtis
1 + K·G(s) = 0
Asimptotės
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Atsiskyrimo ir susijungimo taškai
dK/ds = 0
Modulio sąlyga
K = 1/|G(s)|
Išėjimo kampas
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Metodas

  1. Užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį: lygties 1 + K·G(s) = 0 vardiklį, išskleistą.
  2. Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes ir sudarykite likusias eilutes.
  3. Suskaičiuokite pirmojo stulpelio ženklo kaitas: kiekviena yra vienas polius dešiniojoje pusplokštumėje. Kai lentelėje yra K, reikalaukite, kad kiekvienas pirmojo stulpelio elementas liktų teigiamas.
  4. Šaknų geometrinei vietai pažymėkite polius ir nulius, realiosios ašies ruožus, asimptotes iš centroido ir lūžio taškus, kur dK/ds = 0. Stiprinimui taške naudokite K = 1/|G(s)|.

Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Sistemos tipas
G(s) polių ties s = 0 skaičius
Paklaidos konstantos
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Šuolis A
ess = A/(1 + Kp)
Rampa A·t
ess = A/Kv
Parabolė A·t²/2
ess = A/Ka
PID reguliatorius
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Antrosios eilės tikslas
s² + 2ζωns + ωn²
Viršijimas ir laiko rodikliai
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Metodas

  1. Suskaičiuokite atvirojo kontūro C(s)·G(s) polius ties s = 0: tai yra sistemos tipas.
  2. Apskaičiuokite įėjimui tinkančią paklaidos konstantą: Kp šuoliui, Kv rampai, Ka parabolei.
  3. Taikykite ess = A/(1 + Kp), A/Kv arba A/Ka arba išspręskite jį reikiamam stiprinimui.
  4. Slopinimo ar greičio reikalavimui užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir sulyginkite jį su s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Uždaviniai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiVidutinis
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩIR2​AR4​6 ΩB

Raskite srovę IR2 per R2.

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 6 Ω
IR2 = A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus
R1​ = 30 ΩIR1​R3​ = 3 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​25 ΩAR4​10 ΩBR6​4 Ω

Raskite šaltinio tiekiamą srovę IR1, tekančią per R1.

V1 = 30 VR1 = 30 ΩR2 = 25 ΩR3 = 3 ΩR4 = 10 ΩR5 = 6 ΩR6 = 4 Ω
IR1 = A
3.Mazgų potencialų metodasVidutinis
R1​2 Ω+−V1​6 VR2​8 Ω+−V2​18 VR3​8 ΩI3​A

Tarp mazgo A ir įžeminimo prijungtos trys šakos, kaip pavaizduota. Mazgų potencialų metodu raskite srovę I3 šakoje 3, tekančią aukštyn į mazgą A rodyklės kryptimi.

V1 = 6 VR1 = 2 ΩV2 = 18 VR2 = 8 ΩR3 = 8 Ω
I3 = A
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
R1​ = 30 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAR4​8 ΩIR4​B0,5·VA​

Rombas yra įtampa valdomas srovės šaltinis, kuris į mazgą B aukštyn stumia 0,5·VA srovę (A, kai VA – V). Mazgų potencialų metodu raskite srovę IR4 per R4 rodyklės kryptimi.

V1 = 10 VR1 = 30 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 Ωg = 0,5 A/V
IR4 = A
5.Kontūrų srovių metodasVidutinis
R1​ = 12 ΩIR1​R2​ = 6 Ω+−V1​15 VR3​12 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite srovę IR1 per R1 rodyklės kryptimi.

V1 = 15 VV2 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 Ω
IR1 = A
6.Kontūrų srovių metodasSunkus
R1​ = 3 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR4​25 ΩAR5​12 Ω+−VR5​B+−V2​30 VI1​I2​I3​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite įtampą VR5 ant R5 su pažymėtu poliškumu.

V1 = 24 VV2 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 ΩR4 = 25 ΩR5 = 12 Ω
VR5 = V
7.SuperpozicijaVidutinis
tiesinė grandinėVs​Is​IRL​

Tiesinėje varžinėje grandinėje yra vienas įtampos šaltinis Vs ir vienas srovės šaltinis Is. Srovė I per apkrovos rezistorių išmatuota du kartus: kai Vs = 4 V ir Is = 5 mA, I = 5,2 mA; kai Vs = 4 V ir Is = 8 mA, I = 6,4 mA. Raskite apkrovos srovę I, kai Vs = 15 V ir Is = 5 mA.

4 V, 5 mA → 5,2 mA4 V, 8 mA → 6,4 mAVs = 15 V, Is = 5 mA
I = mA
8.SuperpozicijaSunkus
R1​ = 6 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​5 VR3​30 Ω+−VR3​AIs​6 AB+−V2​15 V

Taikykite superpozicijos principą ir raskite įtampą VR3 ant R3 su pažymėtu poliškumu.

V1 = 5 VIs = 6 AV2 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 30 ΩR3 = 30 ΩR4 = 2 Ω
VR3 = V
9.Teveninas ir NortonasVidutinis
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​2 ΩARL​12 ΩIL​B

Prie a–b prijungta apkrova RL = 12 Ω. Likusią grandinės dalį pakeiskite Tevenino ekvivalentu ir raskite apkrovos srovę IL.

V1 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩRL = 12 Ω
IL = A
10.Teveninas ir NortonasSunkus
R1​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAIs​6 ABRL​4 ΩIL​

Prie a–b prijungta apkrova RL = 4 Ω. Likusią grandinės dalį pakeiskite Tevenino ekvivalentu ir raskite apkrovos srovę IL.

V1 = 9 VIs = 6 AR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩRL = 4 Ω
IL = A
11.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
+−Vs​9 Vt = 0R1​ = 6,8 kΩR2​ = 10 kΩC100 µF+−vC​

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 = 400 ms.

Vs = 9 VR1 = 6,8 kΩR2 = 10 kΩC = 100 µFt = 400 ms
vC = V
12.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
+−Vs​5 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Laikmatis momentu t = 0 pradeda krauti neįkrautą kondensatorių per rezistorių iš 5 V šaltinio. Jis turi suveikti, kai kondensatoriaus įtampa pasiekia 3 V, lygiai po 250 ms nuo pradžios. Kai C = 47 µF, raskite reikiamą varžą R.

Vs = 5 VVth = 3 VT = 250 msC = 47 µF
R = kΩ
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
12 V50 HzR = 25 ΩL = 150 mHC = 47 µFI

Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 12 V (efektinė), 50 Hz maitinimo. Raskite grandinės galios koeficientą cos φ.

V = 12 V (rms)f = 50 HzR = 25 ΩL = 150 mHC = 47 µF
cos φ =
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
50 V60 HzR1​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩC = 100 µFI

Rezistorius R1 nuosekliai sujungtas su lygiagrečiu R2 ir kondensatoriaus C junginiu ir prijungtas prie 50 V (efektinė), 60 Hz maitinimo. Raskite efektinę srovę I.

V = 50 V (rms)f = 60 HzR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩC = 100 µF
I = A
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
240 VZ8 + j6 ΩI

Apkrova, kurios pilnutinė varža Z = 8 + j6 Ω, prijungta prie 240 V (efektinė) vienfazio tinklo. Raskite jos imamą reaktyviąją galią Q.

V = 240 VZ = 8 + j6 Ω
Q = var
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
230 V60 HzRs​ = 2 ΩXs​ = j3 ΩZL​ = ?

230 V (efektinė), 60 Hz šaltinio vidinė pilnutinė varža Zs = 2 + j3 Ω. Apkrovos pilnutinę varžą ZL galima pasirinkti laisvai. Didžiausios galios apkrova sudaroma iš rezistoriaus, nuosekliai sujungto su kondensatoriumi. Raskite talpą C.

Vs = 230 V (rms)f = 60 HzZs = 2 + j3 Ω
C = µF
17.Trifazė galiaVidutinis
ABCVL​ = 480 VIL​ = ?M7,5 kW, η = 92%cos φ = 0,86

Trifazis asinchroninis variklis esant vardinei apkrovai tiekia 7,5 kW mechaninės galios. Esant šiai apkrovai jo naudingumo koeficientas 92%, o galios koeficientas 0,86 (induktyvus). Tinklo linijinė įtampa 480 V. Raskite linijinę srovę IL.

Pout = 7,5 kWη = 92%cos φ = 0,86VL = 480 V
IL = A
18.Trifazė galiaSunkus
P = 200 kWφ1​S1​Q2​QC​

Simetrinė trifazė apkrova iš 690 V (linijinė įtampa), 50 Hz tinklo ima 200 kW, kai galios koeficientas 0,72 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,92 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Kondensatoriai sujungti žvaigžde. Raskite kiekvieno kondensatoriaus talpą Cph µF.

P = 200 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,92VL = 690 Vf = 50 Hz
Cph = µF
19.TransformatoriaiVidutinis
5 ΩN1​N2​720 Ω

Stiprintuvas, kurio išėjimo varža 720 Ω, per idealų transformatorių maitina 5 Ω garsiakalbį. Kad būtų perduodama didžiausia galia, iš stiprintuvo pusės garsiakalbis turi atrodyti kaip 720 Ω. Raskite transformacijos koeficientą a = N₁/N₂.

Rs = 720 ΩRL = 5 Ω
a =
20.TransformatoriaiSunkus
pf 0,9525 kVA, 25% apkrova

Vienfazio 25 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 200 W, o vario nuostoliai esant vardinei apkrovai – 500 W. Jis tiekia 25% vardinės galios kVA, kai galios koeficientas 0,95 (induktyvus). Raskite bendrus nuostolius Ploss vatais esant šiai apkrovai.

S = 25 kVAPcore = 200 WPcu,fl = 500 Wx = 0,25pf = 0,95
Ploss = W
21.Operacinių stiprintuvų grandinėsVidutinis
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 10 kΩVin​ = 1,2 V

Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V. Raskite išėjimo įtampą Vout.

Vin = 1,2 VR1 = 10 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
22.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = −0,6 VR1​ = 47 kΩV2​ = −0,4 VR2​ = 2 kΩIf​

Sumuojantysis stiprintuvas naudoja idealų operacinį stiprintuvą, maitinamą ±15 V. Raskite srovę If per grįžtamojo ryšio rezistorių, tekančią išėjimo link.

V1 = −0,6 VV2 = −0,4 VR1 = 47 kΩR2 = 2 kΩRf = 4,7 kΩ
If = mA
23.Diodai ir tranzistoriaiVidutinis
RC​ = 1 kΩβ = 200IC​ = ?VCC​ = 10 VRB​ = 270 kΩ

NPN tranzistoriaus, kurio β = 200, darbo taškas nustatomas bazės rezistoriumi RB = 270 kΩ iš maitinimo šaltinio VCC = 10 V. Kolektoriaus rezistorius RC = 1 kΩ, emiteris įžemintas. Imkite VBE = 0,7 V ir tarkite, kad tranzistorius veikia aktyviojoje srityje. Raskite kolektoriaus srovę IC mA.

VCC = 10 VRB = 270 kΩRC = 1 kΩβ = 200VBE = 0,7 V
IC = mA
24.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
RC​ = 680 Ωβ = 200IC​ = ?VCC​ = 24 V3,3 VRB​ = 3,3 kΩ

NPN tranzistorius, kurio β = 200, komutuoja 680 Ω apkrovos rezistorių, prijungtą tarp VCC = 24 V ir jo kolektoriaus. Emiteris įžemintas. Bazė valdoma iš 3,3 V loginio išėjimo per bazės rezistorių RB = 3,3 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.

VCC = 24 VRC = 680 Ωβ = 200Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 VRB = 3,3 kΩ
IC = mA
25.Skaičiavimo sistemosVidutinis
8 bitų papildomasis kodas0−12806403201608040201

Nustatykite bitus, kad jie saugotų −93 8 bitų dvejetainiu papildomuoju kodu. Skaitant kaip skaičių be ženklo, kokia šablono reikšmė U?

N = −938 bit
U =
26.Skaičiavimo sistemosSunkus
spustelėkite bitus, kad juos nustatytumėte012806403201608040201

Nustatykite bitus pagal 8 bitų rezultatą 1010 0110 << 2. Kokia rezultato reikšmė R dešimtainėje sistemoje?

1010 0110<< 2
R =
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
ABCD0001111000011110111111111

Šiame Karno žemėlapyje lygiai vienas vienetas neturi gretimo vieneto, todėl minimalioje SOP formoje lieka vieno langelio grupe (pilna keturių literalų minterma). Kaimynai per žemėlapio kraštus skaičiuojami. Spustelėkite tą langelį.

F = Σm(1, 4, 6, 7, 8, 10, 12, 13, 15)
  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
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
ABCD00011110000111101001130214050706112X13015014X809111010

Funkcijai F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 4, 11, 12) + d(8, 13), kur d žymi nesvarbias sąlygas, raskite esminių pagrindinių implikantų skaičių N.

F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 4, 11, 12) + d(8, 13)
N =
29.Laplaso transformacijosVidutinis
ReIm−5−10−15−20

Pilnojo kvadrato išskyrimo būdu raskite f(t), kai F(s) = (2s + 35)/(s² + 4s + 20), ir apskaičiuokite f(1).

F(s) = (2s + 35)/(s² + 4s + 20)t = 1 s
f(1) =
30.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,6y(0,6) = ?

Laplaso transformacija išspręskite y″ + 6y′ + 8y = 0, kai y(0) = 8 ir y′(0) = 1, ir raskite y(0,6).

y″ + 6y′ + 8y = 0y(0) = 8y′(0) = 1t = 0,6 s
y(0.6) =
31.Struktūrinės schemosVidutinis
R(s)+10s + 8G(s)C(s)2H−

Objektas G(s) = 10/(s + 8) valdomas neigiamo grįžtamojo ryšio kontūru, kurio jutiklio stiprinimas H = 2. Prie R prijungiamas 10 dydžio šuolis. Raskite nusistovėjusį išėjimą css.

G(s) = 10/(s + 8)H = 2R = 10
css =
32.Struktūrinės schemosSunkus
R(s)+Ks(s + 3)(s + 5)G(s)C(s)−

Objektas G(s) = K/(s(s + 3)(s + 5)) įtrauktas į vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūrą. Esant didžiausiam stabiliam stiprinimui kontūras svyruoja. Raskite svyravimo dažnį ω rad/s.

G(s) = K/(s(s + 3)(s + 5))vienetinis neigiamas grįžtamasis ryšys
ω = rad/s
33.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)0,5ts​ = ?

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 40,5/(s² + 8s + 81), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos 2 % nusistovėjimo laiką ts, naudodami ts ≈ 4/(ζωₙ).

G(s) = 40,5/(s² + 8s + 81)
ts = s
34.Šuolinė reakcijaSunkus
+−10 VR = 33 ΩL = 50 mHC = 47 µFvC​

Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 33 Ω, L = 50 mH ir C = 47 µF, prijungiama prie 10 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite didžiausią kondensatoriaus įtampą vC,max.

R = 33 ΩL = 50 mHC = 47 µFV = 10 V
vC,max = V
35.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
vin​L = 5 mHC = 4,7 µFR = 20 Ωvout​

Parodytame nuosekliajame RLC juostiniame filtre išėjimas imamas ant R = 20 Ω, kai L = 5 mH ir C = 4,7 µF. Raskite centrinį (rezonansinį) dažnį f0 Hz.

R = 20 ΩL = 5 mHC = 4,7 µF
f0 = Hz
36.Bode grafikai ir atsargosSunkus
|H| (dB)0,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​ = ?

Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 396/(s(s + 4)(s + 10)). Raskite fazės kirtimo dažnį ω180, kai ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 396/(s(s + 4)(s + 10))
ω180 = rad/s
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaVidutinis
R(s)+K1(s + 2)(s + 4)(s + 5)C(s)−

Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre L(s) = K/((s + 2)(s + 4)(s + 5)), kai K > 0. Raskite didžiausią stiprinimą Kmax, su kuriuo uždarasis kontūras yra stabilus.

L(s) = K/((s + 2)(s + 4)(s + 5))
Kmax =
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaSunkus
ReIm−1−2−3−4−5−6−71j1j2

Kontūro L(s) = K/(s(s + 1)(s + 6)) šaknų geometrinė vieta palieka realiąją ašį tarp s = 0 ir s = −1. Raskite atsiskyrimo tašką sb.

L(s) = K/(s(s + 1)(s + 6))
sb =
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
R(s)+K(s + 1)(s + 2)C(s)−

Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = K/((s + 1)(s + 2)). Raskite stiprinimą K, su kuriuo šuolio įėjimo nusistovėjusioji paklaida yra 20 %.

G(s) = K/((s + 1)(s + 2))ess = 20 %
K =
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+25 + Kd​s1s(s + 1)C(s)−

PD reguliatorius C(s) = 25 + Kd·s valdo objektą G(s) = 1/(s(s + 1)) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite diferencialinį stiprinimą Kd, kuriam esant uždarojo kontūro slopinimo koeficientas yra ζ = 0,9.

G(s) = 1/(s(s + 1))Kp = 25ζ = 0,9
Kd = s

3Tirpalai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR2 = 0,7912 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.

R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​4 ΩAR4​6 ΩB

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 = 10 + 6 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 4·16/(4+16) = 3,2 Ω
Req = R1 + 3,2 = 15 + 3,2 = 18,2 Ω

Šaltinio srovė

Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.

IR1 = V1/Req = 18/18,2 = 0,989 A

Srovė per R₂

Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 0,989·15 = 3,165 V
IR2 = VA/R2 = 3,165/4 = 0,7912 A

Atsakymas

IR2 = 0,7912 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR1 = 0,8319 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.

R1​ = 30 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​25 ΩAR4​10 ΩBR6​4 Ω

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 = 6 + 4 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 5 Ω
R3 + 5 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 6,061 Ω
Req = R1 + 6,061 = 30 + 6,061 = 36,06 Ω

Šaltinio srovė

Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.

IR1 = V1/Req = 30/36,06 = 0,8319 A

Atsakymas

IR1 = 0,8319 A
3.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: I3 = −0,875 A

Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.

Kirchhofo srovių dėsnis mazge A

Apatinį laidą laikykite įžeminimu. Kiekviena šaka nuo A nuneša srovę (VA − Vk)/Rk, kur Vk – jos šaltinio įtampa (paprastam rezistoriui nulis). Iš A išeinančių srovių suma lygi nuliui.

(VA − 6)/2 + (VA − 18)/8 + VA/8 = 0

Raskite VA

VA = (6/2 + 18/8 + 0/8) / (1/2 + 1/8 + 1/8) = 5,25/0,75 = 7 V

Šakos srovė

Rodyklė šakoje nukreipta aukštyn, į mazgą A.

I3 = (0 − VA)/R3 = (0 − 7)/8 = −0,875 A

Atsakymas

I3 = −0,875 A

Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.

4.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: IR4 = 0,5556 A

Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.

Kirchhofo srovių dėsnis mazge A

Iš A per rezistorius ištekančios srovės lygios šaltinių į A įtekinamai srovei.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,4667·VA − 0,1·VB = 0,3333

Kirchhofo srovių dėsnis mazge B

Priklausomasis šaltinis į mazgą B stumia g·VA. Traktuokite jį kaip nepriklausomą šaltinį, tada narį su VA perkelkite į kairę pusę.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,5·VA
−0,6·VA + 0,225·VB = 0

Išspręskite

Δ = (0,4667)(0,225) − (−0,1)(−0,6) = 0,045
VA = Δ1/Δ = 0,075/0,045 = 1,667 V
VB = Δ2/Δ = 0,2/0,045 = 4,444 V

Srovė per R₄

IR4 = VB/R4 = 4,444/8 = 0,5556 A

Atsakymas

IR4 = 0,5556 A
5.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: IR1 = 0,5625 A

Kontūrų srovių metodas: kiekvienam plokščios grandinės langui priskirkite savo kontūro srovę, kiekvienam kontūrui užrašykite Kirchhofo įtampų dėsnį (kritimų suma = padidėjimų suma) ir išspręskite. Šakų srovės yra kontūro srovė arba dviejų kontūrų srovių skirtumas bendroje šakoje.

R1​ = 12 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​15 VR3​12 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

Priskirkite kontūrų sroves

Kiekviename lange nubrėžkite srovę pagal laikrodžio rodyklę: I1, I2. Dviem kontūrams bendras rezistorius praleidžia jų srovių skirtumą.

KĮD kontūre 1

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
12·I1 + 12(I1 − I2) = 15
24·I1 − 12·I2 = 15

KĮD kontūre 2

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
6·I2 + 12(I2 − I1) = (−9)
−12·I1 + 18·I2 = −9

Išspręskite

Δ = (24)(18) − (−12)(−12) = 288
I1 = Δ1/Δ = 162/288 = 0,5625 A
I2 = Δ2/Δ = −36/288 = −0,125 A

Atsakymas

IR1 = I1 = 0,5625 A

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

6.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: VR5 = 21,26 V

Kontūrų srovių metodas: kiekvienam plokščios grandinės langui priskirkite savo kontūro srovę, kiekvienam kontūrui užrašykite Kirchhofo įtampų dėsnį (kritimų suma = padidėjimų suma) ir išspręskite. Šakų srovės yra kontūro srovė arba dviejų kontūrų srovių skirtumas bendroje šakoje.

R1​ = 3 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR4​25 ΩAR5​12 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Priskirkite kontūrų sroves

Kiekviename lange nubrėžkite srovę pagal laikrodžio rodyklę: I1, I2, I3. Dviem kontūrams bendras rezistorius praleidžia jų srovių skirtumą.

KĮD kontūre 1

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
3·I1 + 25(I1 − I2) = 24
28·I1 − 25·I2 = 24

KĮD kontūre 2

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
5·I2 + 25(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−25·I1 + 42·I2 − 12·I3 = 0

KĮD kontūre 3

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
5·I3 + 12(I3 − I2) = (−30)
−12·I2 + 17·I3 = −30

Išspręskite

Δ = koeficientų matricos determinantas = 5335
I1 = Δ1/Δ = 4680/5335 = 0,8772 A
I2 = Δ2/Δ = 120/5335 = 0,02249 A
I3 = Δ3/Δ = −9330/5335 = −1,749 A

Atsakymas

IR5 = I2 − I3 = 1,771 A
VR5 = IR5·R5 = 1,771·12 = 21,26 V

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

7.Superpozicija

Atsakymas: I = 14 mA

Superpozicija: tiesinėje grandinėje bet kuri įtampa ar srovė yra atsakų į kiekvieną atskirai veikiantį nepriklausomą šaltinį suma. Norėdami išjungti šaltinį, idealų įtampos šaltinį pakeiskite trumpuoju jungimu, o idealų srovės šaltinį – atvira grandine. Rezistoriai lieka savo vietose.

Atsaką užrašykite kaip indėlių sumą

Kiekvienas indėlis proporcingas savo šaltiniui, o konstanta priklauso tik nuo rezistorių.

I = k₁·Vs + k₂·Is
4·k₁ + 5·k₂ = 5,2
4·k₁ + 8·k₂ = 6,4

Raskite konstantas

Δ = (4)(8) − (5)(4) = 12
k₁ = Δ1/Δ = 9,6/12 = 0,8
k₂ = Δ2/Δ = 4,8/12 = 0,4
k₁ = 0,8 mA/V, k₂ = 0,4

Apskaičiuokite naują srovę

I = 0,8·15 + 0,4·5 = 14 mA

Atsakymas

I = 14 mA
8.Superpozicija

Atsakymas: VR3 = 7,252 V

Superpozicija: tiesinėje grandinėje bet kuri įtampa ar srovė yra atsakų į kiekvieną atskirai veikiantį nepriklausomą šaltinį suma. Norėdami išjungti šaltinį, idealų įtampos šaltinį pakeiskite trumpuoju jungimu, o idealų srovės šaltinį – atvira grandine. Rezistoriai lieka savo vietose.

R1​ = 6 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​5 VR3​30 ΩAATVIRABTRUMPAS JUNGIMAS

1 atvejis · veikia tik V1

V₂ tampa trumpuoju jungimu, o Iₛ – atvira grandine. Žiūrint iš A, R₃ yra lygiagretus su nuoseklia pora R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 30 ∥ 32 = 15,48 Ω
VA = 5·15,48/(6+15,48) = 3,604 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,604·2/32 = 0,2252 V
VR3′ = VA − 0 = 3,604 − 0 = 3,604 V
R1​ = 6 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​30 ΩAIs​6 ABTRUMPAS JUNGIMAS

2 atvejis · veikia tik Is

Abu įtampos šaltiniai tampa trumpaisiais jungimais. Iₛ taške B dalijasi tarp R₄ (dabar į įžeminimą) ir R₂, nuoseklaus su R₁ ∥ R₃.

R1 ∥ R3 = 5 Ω, todėl kairysis kelias yra R2+5 = 35 Ω
Req = R4 ∥ 35 = 1,892 Ω
VB = Is·Req = 6·1,892 = 11,35 V
VA = VB·5/35 = 1,622 V
VR3″ = VA − 0 = 1,622 − 0 = 1,622 V
R1​ = 6 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​30 ΩAATVIRAB+−V2​15 V

3 atvejis · veikia tik V2

V₁ tampa trumpuoju jungimu, o Iₛ – atvira grandine. R₁ ∥ R₃ eina nuo A, nuosekliai su R₂ atgal iki B.

R1 ∥ R3 = 6·30/(6+30) = 5 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 15·35/37 = 14,19 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 14,19·5/35 = 2,027 V
VR3‴ = VA − 0 = 2,027 − 0 = 2,027 V

Sudėkite dedamąsias

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 3,604 + 1,622 + 2,027 = 7,252 V

Neigiamas rezultatas reiškia, kad iš tikrųjų poliškumas priešingas pažymėtam.

9.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: IL = 0,1184 A

Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.

R1​ = 12 ΩR3​ = 8 ΩTRUMPAS JUNGIMASR2​2 ΩAabRth​

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R1 ∥ R2 = 12·2/(12+2) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 8 = 9,714 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​2 ΩAab+−Vth​

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, per R₃ srovė neteka, todėl ant jo nėra įtampos kritimo ir V_b = V_A. R₁ ir R₂ sudaro įtampos daliklį.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 18·2/(12+2) = 2,571 V
Rth​ = 9,714 Ω+−Vth​2,571 VRL​12 ΩIL​

Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento

Tevenino šaltinis ir nuoseklus R_th gnybtuose a–b elgiasi lygiai kaip pradinė grandinė, todėl apkrova mato paprastą nuoseklų kontūrą.

IL = Vth/(Rth + RL) = 2,571/(9,714 + 12) = 0,1184 A
10.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: IL = 5,118 A

Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.

R1​ = 4 ΩR3​ = 12 ΩTRUMPAS JUNGIMASR2​15 ΩAATVIRABabRth​

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R1 ∥ R2 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 12 = 15,16 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAIs​6 ABab+−Vth​

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, vienintelis kelias Iₛ yra per R₃ į mazgą A. Raskite V_A superpozicija iš V₁ ir Iₛ, tada pridėkite įtampos kritimą ant R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 7,105 + 6·3,158 = 26,05 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 26,05 + 6·12 = 98,05 V
Rth​ = 15,16 Ω+−Vth​98,05 VRL​4 ΩIL​

Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento

Tevenino šaltinis ir nuoseklus R_th gnybtuose a–b elgiasi lygiai kaip pradinė grandinė, todėl apkrova mato paprastą nuoseklų kontūrą.

IL = Vth/(Rth + RL) = 98,05/(15,16 + 4) = 5,118 A
11.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: vC = 3,363 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 = 6,8·10/(6,8 + 10) = 4,048 kΩ
vC(∞) = 9·10/(6,8 + 10) = 5,357 V

Laiko konstanta

τ = Rth·C = 4,048·100 = 404,8 ms

Įkrovimo kreivė

vC(t) = 5,357·(1 − e−400/404,8) = 3,363 V

Atsakymas

vC = 3,363 V
12.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: R = 5,805 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

3 = 5·(1 − e−250/τ) → τ = 250/ln(5/(5 − 3))
τ = 250/0,9163 = 272,8 ms

Varža

kΩ kart µF duoda milisekundes.

R = τ/C = 272,8/47 = 5,805 kΩ

Atsakymas

R = 5,805 kΩ
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: cos φ = 0,7717

Kintamosios srovės grandinės ir fazoriai: rezistorių, ričių ir kondensatorių pilnutinės varžos yra R, jωL ir 1/(jωC), kur ω = 2πf. Nuosekliai pilnutinės varžos sumuojamos kaip varžos, tik kompleksiniais skaičiais. Efektinės srovė ir įtampa tenkina Omo dėsnį su |Z|.

Reaktyviosios varžos

XL = 47,12 Ω, XC = 67,73 Ω

Pilnutinė varža

|Z| = √(25² + (−20,6)²) = 32,39 Ω

Galios koeficientas

cos φ = R/|Z| = 25/32,39 = 0,7717
Grandinė talpinė, todėl galios koeficientas talpinis (srovė pralenkia).

Atsakymas

cos φ = 0,7717
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: I = 1,141 A

Kintamosios srovės grandinės ir fazoriai: rezistorių, ričių ir kondensatorių pilnutinės varžos yra R, jωL ir 1/(jωC), kur ω = 2πf. Nuosekliai pilnutinės varžos sumuojamos kaip varžos, tik kompleksiniais skaičiais. Efektinės srovė ir įtampa tenkina Omo dėsnį su |Z|.

Reaktyvioji varža

XC = 1/(2π·60·100·10⁻⁶) = 26,53 Ω

Lygiagretus junginys

Skaitiklį ir vardiklį padauginkite iš jungtinio kompleksinio skaičiaus, kad Zp išskaidytumėte į realiąją ir menamąją dalis.

Zp = R₂·(−jXC)/(R₂ − jXC) = (R₂·XC² − jR₂²·XC)/(R₂² + XC²)
Zp = 12,75 − j9,614 Ω

Bendra pilnutinė varža

Z = 30 + 12,75 − j9,614 = 42,75 − j9,614 Ω
|Z| = √(42,75² + 9,614²) = 43,82 Ω

Srovė

I = V/|Z| = 50/43,82 = 1,141 A

Atsakymas

I = 1,141 A
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: Q = 3456 var

Kintamosios srovės galia: pilnutinė galia S = V·I (VA) skyla į aktyviąją galią P = S·cos φ (W), atliekančią naudingą darbą, ir reaktyviąją galią Q = S·sin φ (var), kuri svyruoja tarp šaltinio ir apkrovos. Galios koeficientas yra cos φ. Lygiagretus kondensatorius reaktyviąją galią tiekia vietoje, todėl esant tai pačiai aktyviajai galiai linijos srovė sumažėja.

Srovė

|Z| = √(8² + 6²) = 10 Ω
I = V/|Z| = 240/10 = 24 A

Reaktyvioji galia

Q = I²·X = 24²·6 = 3456 var

Atsakymas

Q = 3456 var
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: C = 884,2 µF

Kintamosios srovės galia: pilnutinė galia S = V·I (VA) skyla į aktyviąją galią P = S·cos φ (W), atliekančią naudingą darbą, ir reaktyviąją galią Q = S·sin φ (var), kuri svyruoja tarp šaltinio ir apkrovos. Galios koeficientas yra cos φ. Lygiagretus kondensatorius reaktyviąją galią tiekia vietoje, todėl esant tai pačiai aktyviajai galiai linijos srovė sumažėja.

Jungtinis suderinimas

Apkrovos reaktyvioji varža panaikina šaltinio reaktyviąją varžą, o apkrovos varža lygi šaltinio varžai.

ZL = Zs* = 2 − j3 Ω

Talpa

XC = 3 Ω → C = 1/(2π·60·3) = 884,2 µF

Atsakymas

C = 884,2 µF
17.Trifazė galia

Atsakymas: IL = 11,4 A

Simetrinės trifazės sistemos: jungiant žvaigžde (Y) linijinė įtampa √3 karto didesnė už fazinę, VL = √3·Vph, o linijinė srovė lygi fazinei. Jungiant trikampiu (Δ) linijinė įtampa lygi fazinei, o linijinė srovė √3 karto didesnė už fazinę, IL = √3·Iph. Bendra galia tris kartus didesnė už vienos fazės galią: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Naudojama elektrinė galia

Pin = Pout/η = 7,5/0,92 = 8,152 kW

Linijos srovė

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 8152/(√3·480·0,86) = 11,4 A

Atsakymas

IL = 11,4 A
18.Trifazė galia

Atsakymas: Cph = 719,2 µF

Simetrinės trifazės sistemos: jungiant žvaigžde (Y) linijinė įtampa √3 karto didesnė už fazinę, VL = √3·Vph, o linijinė srovė lygi fazinei. Jungiant trikampiu (Δ) linijinė įtampa lygi fazinei, o linijinė srovė √3 karto didesnė už fazinę, IL = √3·Iph. Bendra galia tris kartus didesnė už vienos fazės galią: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Galios koeficiento gerinimas: kondensatoriai reaktyviąją galią tiekia vietoje, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Kiekvienas iš trijų kondensatorių tiekia QC/3 = V²·ω·C, kur V – įtampa ant to kondensatoriaus: trikampiu sujungtoje baterijoje VL, žvaigžde sujungtoje – VL/√3.

Reaktyvioji galia prieš ir po

Aktyvioji galia nekinta, todėl kiekvienas galios koeficientas nulemia reaktyviąją galią: Q = P·tan φ.

Q1 = 200·tan(acos 0,72) = 200·0,9639 = 192,8 kvar
Q2 = 200·tan(acos 0,92) = 200·0,426 = 85,2 kvar

Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia

QC = Q1 − Q2 = 107,6 kvar

Vienos fazės talpa

Žvaigžde sujungtoje baterijoje kiekvienas kondensatorius prijungtas tarp linijos ir žvaigždės taško.

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 35857/(314,2·398,4²) = 719,2 µF

Atsakymas

Cph = 719,2 µF
19.Transformatoriai

Atsakymas: a = 12

Idealus transformatorius: įtampų santykis lygus vijų skaičių santykiui, o srovių – atvirkštiniam santykiui: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a ir I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, todėl įėjimo galia lygi išėjimo galiai, V₁·I₁ = V₂·I₂. Antrinėje pusėje esantis apkrovos impedansas Z iš pirminės pusės atrodo kaip a²·Z.

Suderinkite perskaičiuotą apkrovą

a²·5 = 720
a = √(720/5) = √144 = 12

Atsakymas

a = 12
20.Transformatoriai

Atsakymas: Ploss = 231,3 W

Transformatoriaus nuostoliai: šerdies nuostoliai (histerezės ir sūkurinių srovių) priklauso nuo įtampos ir esant bet kokiai apkrovai yra vienodi. Vario nuostoliai apvijose proporcingi srovės kvadratui, todėl esant apkrovos daliai x nuo vardinės jie lygūs x²·Pcu,fl. Naudingumo koeficientas η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), kur Pout = x·S·pf. Naudingumo koeficientas didžiausias esant tokiai apkrovai, kai vario nuostoliai lygūs šerdies nuostoliams.

Vario nuostoliai esant šiai apkrovai

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,0625·500 = 31,25 W

Bendri nuostoliai

Šerdies nuostoliai vienodi esant bet kokiai apkrovai.

Ploss = 200 + 31,25 = 231,3 W

Atsakymas

Ploss = 231,3 W

Naudingumo koeficientas esant šiai apkrovai η = 96,25%.

21.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: Vout = 6,84 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₊ = 1,2 V
I = V₋/R1 = 1,2/10 = 0,12 mA

Išėjimo įtampa

Srovė per R₁ teka ir per Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 1,2 + 0,12·47 = 6,84 V

Atsakymas

Vout = 6,84 V
22.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: If = −0,2128 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 = −0,6/47 = −0,01277 mA
I2 = V2/R2 = −0,4/2 = −0,2 mA
If = I1 + I2 = −0,2128 mA

Atsakymas

If = −0,2128 mA
23.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: IC = 6,889 mA

Dvipolio tranzistoriaus darbo taškas: aktyviojoje srityje VBE = 0,7 V, IC = β·IB ir IE = (β + 1)·IB. IB raskite iš bazės kontūro pagal KĮD, tada IC, tada VCE iš kolektoriaus–emiterio kontūro. Įtampos daliklis bazėje pakeičiamas jo Tevenino ekvivalentu VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; emiterio rezistorius bazės kontūre atrodo (β + 1) karto didesnis.

Bazės srovė

IB = (VCC − VBE)/RB = (10 − 0,7)/270 kΩ = 34,44 µA

Kolektoriaus srovė

IC = β·IB = 200·34,44 µA = 6,889 mA

Atsakymas

IC = 6,889 mA

Patikrinimas: VCE = 3,111 V gerokai viršija 0,2 V, todėl tranzistorius iš tikrųjų veikia aktyviojoje srityje.

24.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: IC = 35 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)/3,3 kΩ = 787,9 µA

Įsotintas ar aktyvus?

β·IB didesnė už IC(sat), todėl tranzistorius įsotinamas.

β·IB = 157,6 mA
IC(sat) = (24 − 0,2)/680 = 35 mA

Kolektoriaus srovė

IC = IC(sat) = 35 mA

Atsakymas

IC = 35 mA

Tranzistorius įsotintas.

25.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: U = 163

Bitų nustatymas: kiekvienas bitas vertas dvejeto laipsnio (128, 64, …, 1). Vienas šešioliktainis skaitmuo yra lygiai keturi bitai, o 8 bitų dvejetainiame papildomajame kode kairysis bitas vertas −128. Bitinės operacijos atliekamos kiekvienai bito pozicijai atskirai.

Invertuokite ir pridėkite vienetą

93 = 0101 1101
invertuota: 1010 0010
+1 → 1010 0011

Perskaitykite be ženklo

1010 0011₂ = 256 − 93 = 163

Atsakymas

U = 163
26.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: R = 152

Bitų nustatymas: kiekvienas bitas vertas dvejeto laipsnio (128, 64, …, 1). Vienas šešioliktainis skaitmuo yra lygiai keturi bitai, o 8 bitų dvejetainiame papildomajame kode kairysis bitas vertas −128. Bitinės operacijos atliekamos kiekvienai bito pozicijai atskirai.

Bitas po bito

Postūmis kairėn 2 perkelia kiekvieną bitą 2 pozicijomis į kairę; bitai, iškritę iš kairiojo galo, prarandami, o dešinėje įeina nuliai.

1010 0110 << 2
= 1001 1000

Rezultato reikšmė

1001 1000₂ = 152

Atsakymas

R = 152
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai

Atsakymas: AB = 00, CD = 01

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.

Kiekvieno vieneto kaimynai

Vienetas su gretimu vienetu gali įeiti į dviejų ar daugiau langelių grupę.

m1: m0, m3, m5, m9 → 0
ABCD0001111000011110111111111

Izoliuotas vienetas

m1 = A′B′C′D → AB = 00, CD = 01

Atsakymas

AB = 00, CD = 01
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai

Atsakymas: N = 2

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.

C′D′, B′CD, ABC′
ABCD00011110000111101001130214050706112X13015014X809111010

Esminiai pagrindiniai implikantai

C′D′, B′CD
N = 2

Atsakymas

N = 2
29.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(1) = −0,9707

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Išskirkite pilnąjį kvadratą

s² + 4s + 20 = (s + 2)² + 16 = (s + 2)² + 4²

Suderinkite skaitiklį

F(s) = 2·(s + 2)/((s + 2)² + 4²) + (31/4)·4/((s + 2)² + 4²)

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−2t·(2·cos 4t + 7,75·sin 4t)
f(1) = e−2·1·(2·cos(4·1) + 7,75·sin(4·1)) = −0,9707

Atsakymas

f(1) = −0,9707
30.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.6) = 4,199

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Transformuokite lygtį

s²Y − 8s − 1 + 6(sY − 8) + 8Y = 0
Y(s) = (8s + 49)/((s + 2)(s + 4))

Paprastosios trupmenos

A = 33/2 = 16,5
B = 17/(−2) = −8,5

Rezultatas

y(t) = 16,5·e−2t − 8,5·e−4t
y(0,6) = 4,199

Atsakymas

y(0,6) = 4,199

Patikra: y(0) = A + B = 8.

31.Struktūrinės schemos

Atsakymas: css = 3,571

Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).

Uždarosios sistemos perdavimo funkcija

T(s) = G/(1 + G·H) = 10/(s + 8 + 20) = 10/(s + 28)

Rezultatas

css = R·T(0) = 10·10/28 = 3,571

Atsakymas

css = 3,571
32.Struktūrinės schemos

Atsakymas: ω = 3,873 rad/s

Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).

Charakteringoji lygtis

s³ + 8s² + 15s + K = 0

Raucho lentelė

s³ | 1 15
s² | 8 K
s¹ | (8·15 − K)/8
s⁰ | K

Stabilumo riba

Visi pirmojo stulpelio elementai turi būti teigiami.

Kmax = 8·15 = 120

Svyravimo dažnis

8·(jω)² + 120 = 0 → ω² = 120/8 = 15
ω = 3,873 rad/s

Atsakymas

ω = 3,873 rad/s
33.Šuolinė reakcija

Atsakymas: ts = 1 s

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Palyginkite su standartine forma

Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 81 → ωₙ = 9 rad/s
2ζωₙ = 8 → ζ = 8/(2·9) = 0,4444

Rezultatas

ζωₙ = 4 → ts ≈ 4/4 = 1 s

Atsakymas

ts = 1 s
34.Šuolinė reakcija

Atsakymas: vC,max = 11,58 V

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Savasis dažnis ir slopinimo koeficientas

ωₙ = 1/√(LC) = 1/√(0,05·4,7 × 10⁻⁵) = 652,3 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (33/2)·√(4,7 × 10⁻⁵/0,05) = 0,5059

Rezultatas

%OS = 15,84 %
vC,max = 10·(1 + 0,1584) = 11,58 V

Atsakymas

vC,max = 11,58 V
35.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: f0 = 1038 Hz

Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ωc = 1/(RC) arba R/L, o fc = ωc/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ir φ = −atan(ω/ωc). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jωc). Fazės kirtimo dažnis ω180: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.

Rezonansinis dažnis

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,005·4,7 × 10⁻⁶) = 6523 rad/s
f₀ = ω₀/(2π) = 1038 Hz

Atsakymas

f0 = 1038 Hz
36.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: ω180 = 6,325 rad/s

Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ωc = 1/(RC) arba R/L, o fc = ωc/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ir φ = −atan(ω/ωc). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jωc). Fazės kirtimo dažnis ω180: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.

Fazės kirtimas

(ω/4)·(ω/10) = 1 → ω180 = √(4·10) = 6,325 rad/s

Atsakymas

ω180 = 6,325 rad/s
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: Kmax = 378

Rauso–Hurvico kriterijus: tiesinė sistema yra stabili, kai visos jos charakteristinio daugianario šaknys yra kairiojoje s plokštumos pusėje. Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes. Kiekvienas naujos eilutės elementas apskaičiuojamas iš dviejų aukščiau esančių eilučių; kubiniam daugianariui a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ elementas s¹ eilutėje yra b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. Ženklo kaitų skaičius pirmajame stulpelyje lygus šaknų skaičiui dešiniojoje pusplokštumėje. Kai koeficientuose yra stiprinimas K, visi pirmojo stulpelio elementai turi likti teigiami: stiprinimas, kuriam esant s¹ eilutės elementas lygus nuliui, yra stabilumo riba, o s² eilutė tuomet duoda nuolatinių svyravimų dažnį.

Charakteristinis daugianaris

s³ + 11s² + 38s + 40 + K = 0

Raucho lentelė

s³: 1, 38
s²: 11, 40 + K
s¹: (11·38 − 40 − K)/11
s⁰: 40 + K

Sąlyga

Elementas s¹ eilutėje turi likti teigiamas.

K < 11·38 − 40 = 378

Atsakymas

Kmax = 378

Ties riba kontūras svyruoja dažniu ω = √38 = 6,164 rad/s.

38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: sb = −0,4774

Šaknų geometrinė vieta: stiprinimui K didėjant nuo 0 iki ∞, uždarojo kontūro poliai, t. y. lygties 1 + K·G(s) = 0 šaknys, juda iš atvirojo kontūro polių į atvirojo kontūro nulius arba į begalybę. Realiosios ašies taškas priklauso geometrinei vietai, kai realiųjų polių ir nulių skaičius į dešinę nuo jo yra nelyginis. n − m šakų, einančių į begalybę, seka asimptotes kampais (2q + 1)·180°/(n − m), kurios išeina iš centroido σₐ = (Σ polių − Σ nulių)/(n − m). Šakos palieka realiąją ašį arba prie jos prisijungia ten, kur dK/ds = 0. Kampo sąlyga ∠G(s) = 180° nustato formą, o modulio sąlyga K = 1/|G(s)| duoda stiprinimą bet kuriame geometrinės vietos taške.

Stiprinimas išilgai realiosios ašies

K(s) = −s(s + 1)(s + 6) = −(s³ + 7s² + 6s)

Stacionarieji taškai

dK/ds = −(3s² + 14s + 6) = 0
s = (−14 ± √(196 − 72))/6 = −0,4774, −4,189

Pasirinkite geometrinės vietos tašką

Geometrinė vieta yra realiojoje ašyje tarp 0 ir −1; kita šaknis jai nepriklauso.

sb = −0,4774

Atsakymas

sb = −0,4774
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: K = 8

Nusistovėjusioji paklaida: vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre, kurio atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra G(s), paklaida yra E(s) = R(s)/(1 + G(s)), o pagal galutinės reikšmės teoremą ess = lims→0 s·E(s). Sistemos tipas yra G(s) polių ties s = 0 skaičius. Paklaidos konstantos yra Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) ir Ka = lim s²·G(s), visos kai s → 0. A dydžio šuolis duoda ess = A/(1 + Kp), rampa A·t duoda A/Kv, o parabolė A·t²/2 duoda A/Ka. 0 tipo kontūras šuolį seka su baigtine paklaida, 1 tipo kontūras seka jį tiksliai, o rampą – su baigtine paklaida.

Reikiama paklaidos konstanta

1/(1 + Kp) = 0,2 → Kp = 4

Stiprinimas

K/2 = 4 → K = 8

Atsakymas

K = 8

Patikrinkite ir uždarojo kontūro stabilumą: šiam antrosios eilės kontūrui stabilus bet koks K > 0.

40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: Kd = 8 s

P, PI ir PID valdymas: reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s veikia pagal paklaidą. Proporcinis stiprinimas pagreitina kontūrą ir sumažina 0 tipo objekto paklaidą, bet niekada jos nepanaikina. Integralinis narys prideda polių ties s = 0: sistemos tipas padidėja vienetu, o šuolis seka be paklaidos. Diferencialinis narys prideda slopinimo. Norėdami parinkti stiprinimus, užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir palyginkite jį su s² + 2ζωns + ωn². Tuomet %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, kur ωd = ωn√(1 − ζ²), o ts ≈ 4/(ζωn).

Charakteristinis daugianaris

s(s + 1) + 1(25 + Kds) = s² + (1 + 1Kd)s + 25

Savasis dažnis

ωₙ = √25 = 5 rad/s

Diferencialinis stiprinimas

1 + 1Kd = 2·0,9·5 = 9
Kd = 8 s

Atsakymas

Kd = 8 s

Diferencialinis narys prideda slopinimo nekeisdamas ωₙ.

Tai savarankiška mokymosi medžiaga. ExamProblems nėra susijusi su šį egzaminą organizuojančia institucija ir jos nėra patvirtinta, o egzamino pavadinimas naudojamas tik turiniui apibūdinti. FE exam egzaminą rengia NCEES, kuri nėra susijusi su ExamProblems ir jo neremia.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-electrical