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
Pradėkite nuo grandinės galo, esančio toliausiai nuo gnybtų.
Nuosekliai sujungtus rezistorius sudėkite, o lygiagrečius junkite pagal 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Po kiekvieno žingsnio perbraižykite grandinę.
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
Pasirinkite atskaitos mazgą (įžeminimą) ir pažymėkite kitų mazgų potencialus.
Kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį: per šakas ištekančios srovės lygios įtekančioms.
Kiekvienos šakos srovę išreikškite kaip (Va − Vb)/R.
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
Kiekviename grandinės kontūre (lange) nubrėžkite pagal laikrodžio rodyklę tekančią srovę.
Kiekvienam kontūrui taikykite Kirchhofo įtampų dėsnį: įtampų kritimų suma lygi nuliui.
Dviem kontūrams bendrame rezistoriuje srovė lygi abiejų kontūrų srovių skirtumui.
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
Suskaičiuokite nepriklausomus šaltinius. Kiekvienam šaltiniui išspręsite po vieną paprastesnę grandinę.
Palikite vieną šaltinį, o kitus išjunkite: įtampos šaltinis tampa trumpuoju jungimu (laidu), srovės šaltinis – atvira grandine (tarpu).
Paprastesnėje grandinėje raskite reikiamą įtampą arba srovę, sekdami jos kryptį.
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
Atjunkite apkrovą ir pažymėkite abu gnybtus a ir b.
Raskite tuščiosios veikos įtampą tarp a ir b: tai Vth.
Išjunkite visus nepriklausomus šaltinius ir raskite varžą, matomą iš a–b: tai Rth.
Grąžinkite apkrovą į ekvivalentinę grandinę: Vth nuosekliai su Rth.
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
Raskite pradinę vertę iškart po perjungimo: kondensatoriaus įtampa ir ritės srovė negali kisti šuoliu.
Raskite galutinę vertę praėjus ilgam laikui po perjungimo: kondensatorius veikia kaip atvira grandinė, ritė – kaip trumpasis jungimas.
Raskite laiko konstantą: τ = RC arba τ = L/R, naudodami varžą, kurią „mato“ kondensatorius ar ritė.
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
Perskaičiuokite dažnį: ω = 2πf.
Raskite kiekvieną reaktansą: XL = ωL ir XC = 1/(ωC).
Impedansus sudėkite kaip rezistorius, kai Z = R + jX.
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
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.
Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta
Stabilumas
visos charakteristinio daugianario šaknys kairiojoje pusplokštumėje
Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes ir sudarykite likusias eilutes.
Suskaičiuokite pirmojo stulpelio ženklo kaitas: kiekviena yra vienas polius dešiniojoje pusplokštumėje. Kai lentelėje yra K, reikalaukite, kad kiekvienas pirmojo stulpelio elementas liktų teigiamas.
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
Suskaičiuokite atvirojo kontūro C(s)·G(s) polius ties s = 0: tai yra sistemos tipas.
Rombas yra įtampa valdomas srovės šaltinis, kuris į mazgą B aukštyn stumia 0,4·VA srovę (A, kai VA – V). Mazgų potencialų metodu raskite mazgo potencialą VA (matuojamą nuo įžeminimo).
Tiesinėje varžinėje grandinėje yra vienas įtampos šaltinis Vs ir vienas srovės šaltinis Is. Srovė I per apkrovos rezistorių išmatuota du kartus: kai Vs = 8 V ir Is = 3 mA, I = 13,5 mA; kai Vs = 8 V ir Is = 6 mA, I = 15 mA. Raskite apkrovos srovę I, kai Vs = 10 V ir Is = 1 mA.
8 V, 3 mA → 13,5 mA8 V, 6 mA → 15 mAVs = 10 V, Is = 1 mA
I = mA
8.SuperpozicijaSunkus
Taikydami superpoziciją, raskite galią PR1, kurią sunaudoja R1.
Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Raskite įtampą vL ant ritės momentu t = 1 ms.
Vs = 20 VR = 20 ΩL = 22 mHt = 1 ms
vL = V
12.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Jungiklis ilgai buvo uždarytas, todėl grandinė yra nusistovėjusiame režime. Momentu t = 0 jungiklis atsidaro. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 40 ms.
Vs = 15 VR1 = 3,3 kΩR2 = 1 kΩC = 33 µFt = 40 ms
vC = V
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 10 V (efektinė), 500 Hz maitinimo. Raskite pilnutinės varžos fazės kampą φ laipsniais (teigiamas, kai srovė atsilieka nuo įtampos).
V = 10 V (rms)f = 500 HzR = 80 ΩL = 200 mHC = 22 µF
φ = °
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 10 V (efektinė), 50 Hz maitinimo. Raskite grandinės rezonansinį dažnį f0.
V = 10 V (rms)f = 50 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 22 µF
f0 = Hz
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Vienfazis variklis iš 240 V tinklo ima 20 kW, kai galios koeficientas 0,65 (induktyvus). Raskite jo naudojamą reaktyviąją galią Q.
P = 20 kWpf = 0,65V = 240 V
Q = kvar
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
200 kVA vienfazis transformatorius maitina 50 kW apkrovą, kurios galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Kiek papildomos aktyviosios galios ΔP galima pridėti kaip aktyviąją (galios koeficientas lygus vienetui) apkrovą, kol transformatorius pasieks savo vardinę kVA galią?
Smax = 200 kVAP1 = 50 kWpf1 = 0,7
ΔP = kW
17.Trifazė galiaVidutinis
Simetrinė žvaigžde sujungta apkrova, kurios fazės impedansas 12 + j16 Ω, prijungta prie simetrinio trifazio tinklo, kurio linijinė įtampa 480 V. Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.
VL = 480 VZ = 12 + j16 Ω vienai fazei
P = kW
18.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 480 V (linijinė įtampa), 50 Hz tinklo ima 120 kW, kai galios koeficientas 0,72 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,98 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Raskite bendrą reaktyviąją galią QC, kurią turi tiekti kondensatorių baterija, kvar.
P = 120 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,98VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
19.TransformatoriaiVidutinis
Idealaus transformatoriaus, kurio transformacijos koeficientas N₁:N₂ = 10:1, pirminei apvijai prijungta 2300 V įtampa. Prie antrinės apvijos prijungtas 15 Ω rezistorius. Raskite pirminę srovę I1.
N1:N2 = 10:1V1 = 2300 VRL = 15 Ω
I1 = A
20.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 500 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 1500 W. Esant vardinei apkrovai ir galios koeficientui 0,9 (induktyvus), jo naudingumo koeficientas 96%. Raskite vario nuostolius Pcu,fl vatais esant vardinei apkrovai.
S = 500 kVAPcore = 1500 Wpf = 0,9η = 96%
Pcu,fl = W
21.Operacinių stiprintuvų grandinėsVidutinis
Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V. Raskite išėjimo įtampą Vout.
Vin = 3,5 VRa = 2 kΩRb = 1 kΩR1 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
22.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V. Rezistorių santykiai nesuderinti. Raskite išėjimo įtampą Vout.
5,6 V Zenerio stabilizatorius maitinamas iš 18 V per 150 Ω ir tiekia srovę 1000 Ω apkrovai. Raskite Zenerio diodo srovę IZ.
Vin = 18 VVZ = 5,6 VR = 150 ΩRL = 1000 Ω
IZ = mA
24.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
NPN tranzistorius, kurio β = 100, komutuoja 680 Ω apkrovos rezistorių, prijungtą tarp VCC = 9 V ir jo kolektoriaus. Emiteris įžemintas. Bazė valdoma iš 3,3 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.
Nustatykite bitus, kad jie saugotų −23 8 bitų dvejetainiu papildomuoju kodu. Skaitant kaip skaičių be ženklo, kokia šablono reikšmė U?
N = −238 bit
U =
26.Skaičiavimo sistemosSunkus
Nesuspaustas vaizdas yra 800 × 600 pikselių, 32 bitų pikseliui. Kiek atminties M jis užima, KiB (1 KiB = 1024 baitai)?
800 × 600 px32 bit/px1 KiB = 1024 B
M = KiB
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
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(0, 2, 3, 5, 8, 9, 14, 15)
1AB = 00, CD = 00
2AB = 00, CD = 01
3AB = 00, CD = 11
4AB = 00, CD = 10
5AB = 01, CD = 00
6AB = 01, CD = 01
7AB = 01, CD = 11
8AB = 01, CD = 10
9AB = 11, CD = 00
10AB = 11, CD = 01
11AB = 11, CD = 11
12AB = 11, CD = 10
13AB = 10, CD = 00
14AB = 10, CD = 01
15AB = 10, CD = 11
16AB = 10, CD = 10
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
Sinchroninis mod-7 skaitiklis skaičiuoja 0, 1, …, 6 ir tada grįžta į 0. Jis pradeda nuo 6. Kokį skaičių Q (dešimtainiu pavidalu) jis rodo po 19 taktinių impulsų?
Q0 = 619N = 7
Q =
29.Laplaso transformacijosVidutinis
F(s) = (6s + 20)/(s² + 9s + 8). Jos atvirkštinė transformacija yra f(t) = A·e−t + B·e−8t. Paprastosiomis trupmenomis raskite koeficientą A.
F(s) = (6s + 20)/(s² + 9s + 8)
A =
30.Laplaso transformacijosSunkus
Sistema tenkina y″ + 7y′ + 10y = 20·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 1, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,3).
Objektas G(s) = 6/(s + 8) turi vidinį (mažąjį) neigiamo grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio stiprinimas H₁ = 2. Valdiklio stiprinimas K = 19 ir išorinis vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūras uždaro sistemą. Raskite uždarosios sistemos nuolatinės srovės stiprinimą T(0).
G(s) = 6/(s + 8)H₁ = 2K = 19
T(0) =
32.Struktūrinės schemosSunkus
Sutrumpinkite struktūrinę schemą su G₁ = 18/(s + 4), G₂ = 3/(s + 7), vidiniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₁ = 1 aplink G₂ ir išoriniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₂ = 0,25. Raskite C(s)/R(s) nuolatinės srovės stiprinimą T(0).
G₁ = 18/(s + 4)G₂ = 3/(s + 7)H₁ = 1H₂ = 0,25
T(0) =
33.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 21/(s² + 7s + 42), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos pikų laiką tp.
G(s) = 21/(s² + 7s + 42)
tp = s
34.Šuolinė reakcijaSunkus
1 kg masė kabo ant 400 N/m spyruoklės su klampiuoju slopintuvu c = 4 N·s/m (m·x″ + c·x′ + k·x = F). Pusiausvyroje rimtyje staiga pridedama pastovi jėga F = 10 N. Raskite didžiausią poslinkį xmax mm.
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = K/(s(s + 5)(s + 7)). Raskite stiprinimą K, duodantį 8 dB stiprinimo atsargą.
L(s) = K/(s(s + 5)(s + 7))GM = 8 dB
K =
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaVidutinis
Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre L(s) = K(s + 11)/(s(s + 2)(s + 4)), kai K > 0. Raskite didžiausią stiprinimą Kmax, su kuriuo uždarasis kontūras yra stabilus.
L(s) = K(s + 11)/(s(s + 2)(s + 4))
Kmax =
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaSunkus
Kontūrui L(s) = K/((s + 5)(s² + 4s + 5)) raskite šaknų geometrinės vietos išėjimo kampą θd iš viršutinėje pusplokštumėje esančio kompleksinio polio, matuojamą nuo teigiamosios realiosios ašies.
L(s) = K/((s + 5)(s² + 4s + 5))
θd = °
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
Į vienetinio grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio G(s) = 20/(s(s + 5)), paduodama rampa r(t) = 4t. Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess.
G(s) = 20/(s(s + 5))r(t) = 4t
ess =
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
PI reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s valdo objektą G(s) = 5/(s + 5) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Uždarasis kontūras turi turėti ωₙ = 8 rad/s ir ζ = 1. Raskite integralinį stiprinimą Ki.
G(s) = 5/(s + 5)ωₙ = 8 rad/sζ = 1
Ki =
3Tirpalai
1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR2 = 0,3606 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 = 10 + 15 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 12·25/(12+25) = 8,108 Ω
Req = R1 + 8,108 = 20 + 8,108 = 28,11 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 15/28,11 = 0,5337 A
Srovė per R₂
Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 0,5337·20 = 4,327 V
IR2 = VA/R2 = 4,327/12 = 0,3606 A
Atsakymas
IR2 = 0,3606 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 14,28 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 + 25 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 14,48 Ω
R3 + 14,48 = 29,48 Ω
R2 ∥ 29,48 = 4,275 Ω
Req = R1 + 4,275 = 10 + 4,275 = 14,28 Ω
Atsakymas
Req = 14,28 Ω
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: IR1 = 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.
Nustatykite mazgus
Įžeminimas – apatinis laidas. Žinomi mazgų potencialai gaunami tiesiai iš šaltinių (V1 = 10 V). Nežinomieji: VA, VB.
KSD mazge A
Srovės, ištekančios iš A per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į A.
VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/15 + (VA − 10)/10 + (VA − VB)/15 = 0
0,2333·VA − 0,06667·VB = 1
KSD mazge B
Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.
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
0,64·VA − 0,1·VB = 2,5
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 = 0,4·VA
−0,5·VA + 0,6·VB = 0
Išspręskite
Δ = (0,64)(0,6) − (−0,1)(−0,5) = 0,334
VA = Δ1/Δ = 1,5/0,334 = 4,491 V
VB = Δ2/Δ = 1,25/0,334 = 3,743 V
Atsakymas
VA = 4,491 V
5.Kontūrų srovių metodas
Atsakymas: IR3 = 2,214 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.
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 + 3(I1 − I2) = 30
15·I1 − 3·I2 = 30
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
20·I2 + 3(I2 − I1) = (−12)
−3·I1 + 23·I2 = −12
Išspręskite
Δ = (15)(23) − (−3)(−3) = 336
I1 = Δ1/Δ = 654/336 = 1,946 A
I2 = Δ2/Δ = −90/336 = −0,2679 A
Atsakymas
IR3 = I1 − I2 = 2,214 A
Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.
6.Kontūrų srovių metodas
Atsakymas: I1 = 0,8677 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.
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
5·I1 + 20(I1 − I2) = 24
25·I1 − 20·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
25·I2 + 20(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−20·I1 + 65·I2 − 20·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
6·I3 + 20(I3 − I2) = (−30)
−20·I2 + 26·I3 = −30
Išspręskite
Δ = koeficientų matricos determinantas = 21850
I1 = Δ1/Δ = 18960/21850 = 0,8677 A
I2 = Δ2/Δ = −2520/21850 = −0,1153 A
I3 = Δ3/Δ = −27150/21850 = −1,243 A
Atsakymas
I1 = 0,8677 A
Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.
7.Superpozicija
Atsakymas: I = 15,5 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
8·k₁ + 3·k₂ = 13,5
8·k₁ + 6·k₂ = 15
Raskite konstantas
Δ = (8)(6) − (3)(8) = 24
k₁ = Δ1/Δ = 36/24 = 1,5
k₂ = Δ2/Δ = 12/24 = 0,5
k₁ = 1,5 mA/V, k₂ = 0,5
Apskaičiuokite naują srovę
I = 1,5·10 + 0,5·1 = 15,5 mA
Atsakymas
I = 15,5 mA
8.Superpozicija
Atsakymas: PR1 = 2,464 W
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.
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) = 3 ∥ 13 = 2,438 Ω
VA = 6·2,438/(20+2,438) = 0,6518 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 0,6518·5/13 = 0,2507 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (6 − 0,6518)/20 = 0,2674 A
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. Iₛ rodyklė nukreipta žemyn, tolyn nuo savo mazgo, todėl Iₛ ištraukia srovę iš to mazgo: jos narys įrašomas su minuso ženklu.
R1 ∥ R3 = 2,609 Ω, todėl kairysis kelias yra R2+2,609 = 10,61 Ω
Galia priklauso nuo srovės kvadrato, todėl superpozicijos principas jai negalioja: pirmiausia sudėkite sroves, tada kelkite kvadratu.
PR1 = IR1²·R1 = 0,351²·20 = 2,464 W
Atsakymas
PR1 = 2,464 W
Sudėjus atskirų atvejų galias būtų gauta 1,5 W, o tai neteisinga.
9.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: Rth = 9,875 Ω
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.
Raskite Rth, išjungę visus šaltinius
Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.
R1 ∥ R2 = 3·5/(3+5) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 8 = 9,875 Ω
10.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IL = 2,207 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.
Raskite Rth, išjungę visus šaltinius
Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.
R1 ∥ R2 = 12·15/(12+15) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 12 = 18,67 Ω
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) = 5,556 + 2,5·6,667 = 22,22 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22,22 + 2,5·12 = 52,22 V
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) = 52,22/(18,67 + 5) = 2,207 A
11.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vL = 8,058 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.
Laiko konstanta ir galutinė srovė
Ilgai po jungiklio užsidarymo ritė elgiasi kaip trumpasis jungimas, todėl galutinę srovę lemia tik R.
τ = L/R = 22 mH / 20 Ω = 1,1 ms
i(∞) = Vs/R = 20/20 = 1 A
Ritės įtampa
Momentu t = 0 visa maitinimo įtampa yra ant ritės; vėliau ji slopsta iki nulio.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−1/1,1 = 8,058 V
Atsakymas
vL = 8,058 V
12.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 1,038 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.
Pradinė kondensatoriaus įtampa
Nusistovėjusiame režime kondensatorius yra atvira grandinė, todėl R₁ ir R₂ sudaro įtampos daliklį. Atsidarius jungikliui, kondensatoriaus įtampa negali pasikeisti šuoliu.
vC(0) = 15·1/(3,3 + 1) = 3,488 V
Laiko konstanta atsidarius jungikliui
τ = R2·C = 1·33 = 33 ms
Išsikrovimas
vC(t) = 3,488·e−40/33 = 1,038 V
Atsakymas
vC = 1,038 V
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: φ = 82,57 °
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
ω = 2πf = 2π·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0,2 = 628,3 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·22·10⁻⁶) = 14,47 Ω
Pilnutinė varža
Nuosekliai pilnutinės varžos sudedamos kaip kompleksiniai skaičiai: Z = R + j(XL − XC).
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|.
Rezonansas
Rezonanso metu induktyvioji ir talpinė reaktyviosios varžos susiprastina: ωL = 1/(ωC). Maitinimo dažnis nesvarbus.
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: Q = 23,38 kvar
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.
Kampas
φ = arccos(0,65) = 49,46°, tan φ = 1,169
Reaktyvioji galia
Q = P·tan φ = 20·1,169 = 23,38 kvar
Atsakymas
Q = 23,38 kvar
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: ΔP = 143,4 kW
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.
Esamos apkrovos reaktyvioji galia
Q1 = 50·tan(arccos 0,7) = 51,01 kvar
Didžiausia bendra aktyvioji galia
Esant vardinei galiai S = Smax, o aktyvioji apkrova Q nekeičia.
P = √(Smax² − Q1²) = √(200² − 51,01²) = 193,4 kW
Papildoma aktyvioji galia
ΔP = 193,4 − 50 = 143,4 kW
Atsakymas
ΔP = 143,4 kW
17.Trifazė galia
Atsakymas: P = 6,912 kW
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.
Fazinė įtampa
Vph = 480/√3 = 277,1 V
Fazinė srovė
|Z| = √(12² + 16²) = 20 Ω
Iph = 277,1/20 = 13,86 A
Bendra aktyvioji galia
Aktyviąją galią naudoja tik aktyvioji kiekvieno impedanso dalis.
P = 3·Iph²·R = 3·13,86²·12 = 6,912 kW
Atsakymas
P = 6,912 kW
Patikrinimas: cos φ = R/|Z| = 0,6, o √3·VL·IL·cos φ duoda tą pačią galią.
18.Trifazė galia
Atsakymas: QC = 91,3 kvar
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 = 120·tan(acos 0,72) = 120·0,9639 = 115,7 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,98) = 120·0,2031 = 24,37 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 91,3 kvar
Atsakymas
QC = 91,3 kvar
19.Transformatoriai
Atsakymas: I1 = 1,533 A
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.
Antrinė įtampa ir srovė
V2 = 2300/10 = 230 V
I2 = 230/15 = 15,33 A
Pirminė srovė
Idealus transformatorius neturi nuostolių: V₁·I₁ = V₂·I₂.
I1 = I2/10 = 1,533 A
Atsakymas
I1 = 1,533 A
Patikrinimas: iš pirminės pusės matoma apkrova yra a²·RL = 1500 Ω, o 2300/1500 duoda tą pačią srovę.
20.Transformatoriai
Atsakymas: Pcu,fl = 17250 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.
Išėjimo ir įėjimo galia
Pout = 500·0,9 = 450 kW
Pin = 450000/0,96 = 468750 W
Bendri ir vario nuostoliai
Ploss = 468750 − 450000 = 18750 W
Pcu,fl = 18750 − 1500 = 17250 W
Atsakymas
Pcu,fl = 17250 W
21.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: Vout = 3,5 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.
Įtampa + įėjime
V₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 3,5·1/(2 + 1) = 1,167 V
Neinvertuojančio stiprintuvo stiprinimas
V₋ = V₊, o srovė per R₁ teka ir per Rf.
Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 1,167·(1 + 2/1) = 3,5 V
Atsakymas
Vout = 3,5 V
22.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: Vout = 0,203 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.
Įtampa + įėjime
V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1,2·2/(10 + 2) = 0,2 V
Sudėkite abiejų įėjimų indėlius
Kai V₂ = 0, V₁ mato invertuojantį stiprintuvą. Kai V₁ = 0, V₊ stiprinamas neinvertuojančiu stiprinimu 1 + R₂/R₁.
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 = 12,4/150 = 82,67 mA
Apkrovos srovė
IL = 5,6/1000 = 5,6 mA
Zenerio diodo srovė
IZ = 82,67 − 5,6 = 77,07 mA
Atsakymas
IZ = 77,07 mA
24.Diodai ir tranzistoriai
Atsakymas: RB = 20,09 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) = (9 − 0,2)/680 = 12,94 mA
Mažiausia bazės srovė
IB(min) = IC(sat)/β = 12,94/100 = 129,4 µA
Bazės rezistorius
RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/0,1294 mA = 20,09 kΩ
Atsakymas
RB = 20,09 kΩ
Bet kuris mažesnis bazės rezistorius taip pat įsotina tranzistorių; praktikoje parenkamas kelis kartus mažesnis.
25.Skaičiavimo sistemos
Atsakymas: U = 233
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
23 = 0001 0111
invertuota: 1110 1000
+1 → 1110 1001
Perskaitykite be ženklo
1110 1001₂ = 256 − 23 = 233
Atsakymas
U = 233
26.Skaičiavimo sistemos
Atsakymas: M = 1875 KiB
Pozicinės skaičiavimo sistemos: kiekvienas skaitmuo vertas savo reikšmės, padaugintos iš pagrindo laipsnio. Dvejetainėje sistemoje pozicijos vertos 1, 2, 4, 8, 16, …, šešioliktainėje 1, 16, 256, …, o A–F reiškia 10–15. 8 bitų papildomajame kode kairysis bitas vertas −128 vietoj +128; taip saugomi neigiami skaičiai.
Bitai ir baitai
800·600·32 = 15360000 bit = 1920000 B
Paverskite į KiB
1920000/1024 = 1875 KiB
Atsakymas
M = 1875 KiB
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Atsakymas: AB = 01, 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.
m5: m4, m7, m1, m13 → 0
Izoliuotas vienetas
m5 = A′BC′D → AB = 01, CD = 01
Atsakymas
AB = 01, CD = 01
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Atsakymas: Q = 4
Trigeriai ir skaitikliai: trigeris keičiasi tik aktyviu taktinio signalo frontu. D nukopijuoja savo įėjimą (Q⁺ = D); T perjungia, kai T = 1; JK išlaiko esant 00, nustato į 0 esant 01, nustato į 1 esant 10 ir perjungia esant 11. n bitų dvejetainis skaitiklis turi 2ⁿ būsenų ir skaičiuoja moduliu 2ⁿ; mod-N skaitiklis skaičiuoja 0, 1, …, N − 1 ir grįžta į 0, jam reikia mažiausiai n trigerių, kad 2ⁿ ≥ N. Kiekviena nuosekliojo (ripple) skaitiklio pakopa perpus sumažina dažnį, todėl paskutinis mod-N skaitiklio išėjimas veikia fclk/N dažniu. n trigerių Johnsono skaitiklis turi 2n būsenų, žiedinis – n.
Pilni ciklai
Kas 7 impulsų skaitiklis grįžta į tą pačią būseną.
19 = 2·7 + 5
Skaičius po likusių impulsų
Q = (6 + 5) mod 7 = 4
Q = 100₂
Atsakymas
Q = 4
29.Laplaso transformacijos
Atsakymas: A = 2
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).
Išskaidykite vardiklį dauginamaisiais
s² + 9s + 8 = (s + 1)(s + 8)
F(s) = A/(s + 1) + B/(s + 8)
Uždengimo taisyklė
Padauginkite iš (s + 1) ir įrašykite s = −1: B narys išnyksta.
A = (6s + 20)/(s + 8) |s = −1 = 14/7 = 2
Atsakymas
A = 2
(B = 4, taigi f(t) = 2·e−t + 4·e−8t)
30.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.3) = 0,4681
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
Y(s) = 20/(s(s + 2)(s + 5))
Paprastosios trupmenos
A = 20/(2·5) = 2
B = 20/((−2)·3) = −3,333
C = 20/((−5)·(−3)) = 1,333
Išskirta
y(t) = 2 − 3,333·e−2t + 1,333·e−5t
y(0,3) = 0,4681
Atsakymas
y(0,3) = 0,4681
31.Struktūrinės schemos
Atsakymas: T(0) = 0,8507
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).
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).
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).
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 = √(k/m) = √(400/1) = 20 rad/s
ζ = c/(2√(km)) = 4/(2·√(400·1)) = 0,1
Rezultatas
xst = F/k = 10/400 m = 25 mm
%OS = 72,92 %
xmax = 25·(1 + 0,7292) = 43,23 mm
Atsakymas
xmax = 43,23 mm
35.Bode grafikai ir atsargos
Atsakymas: ∠G(jω) = −74,29 °
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.
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta
Atsakymas: Kmax = 9,6
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.
Jei nulis būtų į dešinę nuo s = −6, kontūras liktų stabilus su visais K > 0.
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta
Atsakymas: θd = 71,57 °
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.
Polių padėtys
s² + 4s + 5 = 0 → s = −2 ± j1
s = −5
Kampai iš kitų polių
∠(−2 + j1 + 5) = atan2(1, 3) = 18,43°
∠(−2 + j1 − (−2 − j1)) = ∠(j2) = 90°
Išėjimo kampas
θd = 180° − 18,43° − 90° = 71,57°
Atsakymas
θd = 71,57°
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas
Atsakymas: ess = 1
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.
Greičio konstanta
Kv = lim s·G(s) = 4
Rampos paklaida
ess = 4/4 = 1
Atsakymas
ess = 1
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas
Atsakymas: Ki = 12,8
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
1 + C(s)G(s) = 0, padauginta iš s(s + 5).
s² + (5 + 5Kp)s + 5Ki
Tikslinis daugianaris
s² + 2·1·8s + 8² = s² + 16s + 64
Sulyginkite koeficientus
5Ki = 64 → Ki = 12,8
Atsakymas
Ki = 12,8
Integralinis narys kontūrą padaro 1 tipo, todėl šuolis seka be nusistovėjusiosios paklaidos.
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.