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​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩIR2​AR4​15 ΩB

Raskite srovę IR2 per R2.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 12 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 Ω
IR2 = A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​25 Ω

Raskite ekvivalentinę varžą Req, kurią mato šaltinis V1.

V1 = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 ΩR4 = 30 ΩR5 = 3 ΩR6 = 25 Ω
Req = Ω
3.Mazgų potencialų metodasVidutinis
R1​ = 10 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​15 ΩBIs​1,5 A

Taikykite mazgų potencialų metodą ir raskite srovę IR1 per R1 rodyklės kryptimi.

V1 = 10 VIs = 1,5 AR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
R1​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​5 VR2​25 ΩAR4​2 ΩB0,4·VA​

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).

V1 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 25 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ωg = 0,4 A/V
VA = V
5.Kontūrų srovių metodasVidutinis
R1​ = 12 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​30 VR3​3 ΩIR3​A+−V2​12 VI1​I2​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite srovę IR3 per R3 rodyklės kryptimi.

V1 = 30 VV2 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
IR3 = A
6.Kontūrų srovių metodasSunkus
R1​ = 5 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR4​20 ΩAR5​20 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite kontūro srovę I1 (pagal laikrodžio rodyklę).

V1 = 24 VV2 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 25 ΩR3 = 6 ΩR4 = 20 ΩR5 = 20 Ω
I1 = A
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 = 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
R1​ = 20 ΩIR1​R2​ = 8 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​6 VR3​3 ΩAIs​1 AB−+V2​5 V

Taikydami superpoziciją, raskite galią PR1, kurią sunaudoja R1.

V1 = 6 VIs = 1 AV2 = 5 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 5 Ω
PR1 = W
9.Teveninas ir NortonasVidutinis
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAab

Raskite Tevenino varžą Rth, matomą iš gnybtų a–b.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 Ω
Rth = Ω
10.Teveninas ir NortonasSunkus
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAIs​2,5 ABRL​5 ΩIL​

Prie a–b prijungta apkrova RL = 5 Ω. Likusią grandinės dalį pakeiskite Tevenino ekvivalentu ir raskite apkrovos srovę IL.

V1 = 10 VIs = 2,5 AR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩRL = 5 Ω
IL = A
11.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
+−Vs​20 Vt = 0R = 20 ΩL22 mHi(t)

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
+−Vs​15 Vatsidaro momentu t = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 1 kΩC33 µF+−vC​

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
10 V500 HzR = 80 ΩL = 200 mHC = 22 µF

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
10 V50 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 22 µF

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
P = 20 kWQ = ?Sφ

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
P1​ = 50 kWQ1​S1​φ

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
ABCVL​ = 480 VNZ = 12 + j16 Ωvienai fazei

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
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

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
RL​ = 15 Ω1012300 VV2​I1​ = ?I2​

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
pf 0,9500 kVA, η = 96%

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
−+Vout​Rf​ = 2 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = 3,5 VRa​ = 2 kΩRb​ = 1 kΩ

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
−+Vout​R2​ = 1 kΩV1​ = −0,1 VR1​ = 100 kΩV2​ = 1,2 VR3​ = 10 kΩR4​ = 2 kΩ

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

V1 = −0,1 VV2 = 1,2 VR1 = 100 kΩR2 = 1 kΩR3 = 10 kΩR4 = 2 kΩ
Vout = V
23.Diodai ir tranzistoriaiVidutinis
+−18 V150 Ω5,6 V1000 ΩIZ​ = ?

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
RC​ = 680 Ωβ = 100VCC​ = 9 V3,3 VRB​ = ?

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.

VCC = 9 VRC = 680 Ωβ = 100Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
25.Skaičiavimo sistemosVidutinis
8 bitų papildomasis kodas0−12806403201608040201

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
32 bit1 px800 px600 pxM = ? KiB

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
ABCD000111100001111011111111

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)
  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
TQ0​Q0​TQ1​Q1​TQ2​Q2​CLKMOD-7

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
ReIm−1−2−3−4−5−6−7−8−91

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
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

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).

y″ + 7y′ + 10y = 20·u(t)u(t) = 1y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,3 s
y(0.3) =
31.Struktūrinės schemosVidutinis
R(s)+19K+6s + 8G(s)C(s)2H₁−−

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
R(s)+18s + 4G₁+3s + 7G₂C(s)1H₁−0,25H₂−

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
t (s)y(t)0,5tp​ = ?

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
k = 400 N/mc = 4 N·s/mm = 1 kgF = 10 Nx(t)

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.

m = 1 kgk = 400 N/mc = 4 N·s/mF = 10 N
xmax = mm
35.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
|H| (dB)0,10,111101010010010001000−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−90−450ω = 3

Raskite G(s) = 25(s + 5)/(s(s + 11)) fazę ∠G(jω), kai ω = 3 rad/s, laipsniais.

G(s) = 25(s + 5)/(s(s + 11))ω = 3 rad/s
∠G(jω) = °
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) = 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
R(s)+Ks + 11s(s + 2)(s + 4)C(s)−

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
ReIm−1−2−3−4−5−6j1

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
r(t) = 4t+20s(s + 5)C(s)−

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
R(s)+Kp​ + Ki​/s5s + 5C(s)−

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.

R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAR4​15 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 + 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.

R1​ = 10 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​25 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 = 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.

R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​15 ΩBIs​1,5 A

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.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/15 = (−1,5)
−0,06667·VA + 0,1333·VB = −1,5

Išspręskite

Δ = (0,2333)(0,1333) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,02667
VA = Δ1/Δ = 0,03333/0,02667 = 1,25 V
VB = Δ2/Δ = −0,2833/0,02667 = −10,63 V

Atsakymas

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (10 − 1,25)/10 = 0,875 A
4.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: VA = 4,491 V

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.

R1​ = 12 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​30 VR3​3 ΩA+−V2​12 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 + 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.

R1​ = 5 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR4​20 ΩAR5​20 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
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.

R1​ = 20 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​6 VR3​3 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) = 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
R1​ = 20 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 5 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​3 ΩAIs​1 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. 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
Req = R4 ∥ 10,61 = 3,398 Ω
VB = −Is·Req = −1·3,398 = −3,398 V
VA = VB·2,609/10,61 = −0,8357 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − −0,8357)/20 = 0,04178 A
R1​ = 20 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 5 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​3 ΩAATVIRAB−+V2​5 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 = 20·3/(20+3) = 2,609 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−5)·10,61/15,61 = −3,398 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −3,398·2,609/10,61 = −0,8357 V
IR1‴ = (V1 − VA)/R1 = (0 − −0,8357)/20 = 0,04178 A

Sudėkite srovės indėlius

IR1 = IR1′ + IR1″ + IR1‴ = 0,2674 + 0,04178 + 0,04178 = 0,351 A

Rezistoriaus galia

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.

R1​ = 3 ΩR3​ = 8 ΩTRUMPAS JUNGIMASR2​5 ΩAabRth​

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.

R1​ = 12 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 = 12·15/(12+15) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 12 = 18,67 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAIs​2,5 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) = 5,556 + 2,5·6,667 = 22,22 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 22,22 + 2,5·12 = 52,22 V
Rth​ = 18,67 Ω+−Vth​52,22 VRL​5 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) = 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).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(80² + (613,8)²) = 619 Ω

Fazės kampas

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(613,8/80) = 82,57°

Atsakymas

φ = 82,57°
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: f0 = 87,61 Hz

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.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,15·22·10⁻⁶)) = 87,61 Hz

Atsakymas

f0 = 87,61 Hz
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.

Vout = −(1/100)·(−0,1) + (1 + 1/100)·0,2 = 0,001 + 0,202 = 0,203 V

Atsakymas

Vout = 0,203 V
23.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: IZ = 77,07 mA

Zenerio stabilizatorius: atvirkštine kryptimi įjungtas Zenerio diodas išlaiko įtampą VZ, kol jo srovė viršija mažiausią IZ,min. Nuoseklusis rezistorius R priima skirtumą tarp įėjimo ir išėjimo: IR = (Vin − VZ)/R. Ši srovė dalijasi tarp apkrovos, IL = VZ/RL, ir Zenerio diodo: IZ = IR − IL. Projektuokite blogiausiems atvejams: esant mažiausiai įėjimo įtampai ir didžiausiai apkrovai vis tiek turi likti IZ,min, o didžiausia įėjimo įtampa be apkrovos duoda didžiausią Zenerio diodo galią PZ = VZ·IZ.

Rezistoriaus srovė

IR = 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
ABCD000111100001111011111111

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).

Vidinis kontūras

Gᵢ = G/(1 + G·H₁) = 6/(s + 8 + 6·2) = 6/(s + 20)

Išorinis kontūras

T(s) = K·Gᵢ/(1 + K·Gᵢ) = 114/(s + 20 + 114) = 114/(s + 134)

Rezultatas

T(0) = 114/134 = 0,8507

Atsakymas

T(0) = 0,8507
32.Struktūrinės schemos

Atsakymas: T(0) = 1,009

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).

Vidinis kontūras

Gᵢ = G₂/(1 + G₂H₁) = 3/(s + 10)

Išorinis kontūras

T(s) = G₁Gᵢ/(1 + G₁GᵢH₂) = 54/((s + 4)(s + 10) + 13,5)

Nuolatinės srovės stiprinimas

T(0) = 54/(4·10 + 13,5) = 54/53,5 = 1,009

Atsakymas

T(0) = 1,009
33.Šuolinė reakcija

Atsakymas: tp = 0,576 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 = 42 → ωₙ = 6,481 rad/s
2ζωₙ = 7 → ζ = 7/(2·6,481) = 0,5401

Rezultatas

ωd = 6,481·√(1 − 0,5401²) = 5,454 rad/s → tp = π/ωd = 0,576 s

Atsakymas

tp = 0,576 s
34.Šuolinė reakcija

Atsakymas: xmax = 43,23 mm

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.

Sudėkite kampus

∠G = atan(3/5) − 90° − atan(3/11) = 30,96° − 90° − 15,26°

Rezultatas

∠G(j3) = −74,29°

Atsakymas

∠G(jω) = −74,29°
36.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: K = 167,2

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/5)·(ω/7) = 1 → ω180 = √(5·7) = 5,916 rad/s

Modulis ties fazės kirtimu

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 25)·√(ω² + 49)) = K/(5·7·(5 + 7)) = K/420

Reikalingas stiprinimas

420/K = 108/20 = 2,512
K = 420/2,512 = 167,2

Atsakymas

K = 167,2
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.

Charakteristinis daugianaris

s(s + 2)(s + 4) + K(s + 11) = s³ + 6s² + (8 + K)s + 11K

Raucho lentelė

s³: 1, 8 + K
s²: 6, 11K
s¹: (6·(8 + K) − 11K)/6
s⁰: 11K

Sąlyga

48 − 5K > 0
K < 48/5 = 9,6

Atsakymas

Kmax = 9,6

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.

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