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​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩIR2​AR4​20 ΩB

Raskite srovę IR2 per R2.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 ΩR4 = 20 Ω
IR2 = A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​25 ΩIR2​AR4​2 ΩBR6​4 Ω

Raskite srovę IR2 per R2.

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 25 ΩR3 = 8 ΩR4 = 2 ΩR5 = 12 ΩR6 = 4 Ω
IR2 = A
3.Mazgų potencialų metodasVidutinis
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​12 ΩBIs​4 A

Mazgų potencialų metodu raskite srovės šaltinio Is atiduodamą galią PIs.

V1 = 24 VIs = 4 AR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩR4 = 12 Ω
PIs = W
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
R1​ = 4 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩAR4​8 ΩBIs​?

Srovės šaltinis reguliuojamas tol, kol mazgo A įtampa tampa VA = 13 V. Mazgų potencialų metodu raskite šaltinio srovę Is (kryptis kaip pavaizduota).

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 30 ΩR3 = 25 ΩR4 = 8 ΩVA = 13 V
Is = A
5.Kontūrų srovių metodasVidutinis
R1​ = 4 Ω+−VR1​R2​ = 4 Ω+−V1​9 VR3​3 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite įtampą VR1 ant R1 su pažymėtu poliškumu.

V1 = 9 VV2 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 Ω
VR1 = V
6.Kontūrų srovių metodasSunkus
R1​ = 6 ΩR2​ = 5 ΩIR2​R3​ = 8 Ω+−V1​18 VR4​10 ΩAR5​20 ΩB+−V2​12 VI1​I2​I3​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite srovę IR2 per R2 rodyklės kryptimi.

V1 = 18 VV2 = 12 VR1 = 6 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 10 ΩR5 = 20 Ω
IR2 = 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 = 6 V ir Is = 4 mA, I = −1,5 mA; kai Vs = 20 V ir Is = 6 mA, I = 0,5 mA. Raskite apkrovos srovę I, kai Vs = 20 V ir Is = 2 mA.

6 V, 4 mA → −1,5 mA20 V, 6 mA → 0,5 mAVs = 20 V, Is = 2 mA
I = mA
8.SuperpozicijaSunkus
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 Ω+−VR2​R4​ = 5 Ω+−V1​36 VR3​5 ΩAIs​0,5 AB+−V2​10 V

Taikykite superpozicijos principą ir raskite įtampą VR2 ant R2 su pažymėtu poliškumu.

V1 = 36 VIs = 0,5 AV2 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩR4 = 5 Ω
VR2 = V
9.Teveninas ir NortonasVidutinis
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAab

Raskite Tevenino įtampą Vth, matomą iš gnybtų a–b.

V1 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
10.Teveninas ir NortonasSunkus
R1​ = 5 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAIs​5 ABab

Raskite Tevenino įtampą Vth, matomą iš gnybtų a–b.

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 Ω
Vth = V
11.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
+−Vs​20 Vt = 0R = 20 ΩL100 mHi(t)

Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Raskite ritėje sukauptą energiją W momentu t = 5 ms, mJ.

Vs = 20 VR = 20 ΩL = 100 mHt = 5 ms
W = mJ
12.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
+−Vs​20 Vt = 0R = 2,2 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Prieš pat jungiklio užsidarymą momentu t = 0 kondensatoriaus įtampa yra 8 V su pažymėtu poliškumu. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 500 ms.

Vs = 20 VR = 2,2 kΩC = 220 µFvC(0) = 8 Vt = 500 ms
vC = V
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Vf0​ = 100 HzRL = 100 mHC = ?

Nuosekli RLC grandinė, kurios L = 100 mH, turi rezonuoti esant 100 Hz. Raskite reikiamą talpą C.

f0 = 100 HzL = 100 mH
C = µF
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
10 V60 HzR = 60 ΩL = 100 mHC = 47 µF+−VC​

Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 10 V (efektinė), 60 Hz maitinimo. Raskite efektinę įtampą VC ant kondensatoriaus.

V = 10 V (rms)f = 60 HzR = 60 ΩL = 100 mHC = 47 µF
VC = V
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
P = 34 kWQSφ

Vienfazis variklis iš 400 V tinklo ima 34 kW, kai galios koeficientas 0,85 (induktyvus). Raskite linijos srovę I.

P = 34 kWpf = 0,85V = 400 V
I = A
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
240 V50 Hzapkrova6 kW, 0,8C68 µFI

Vienfazė apkrova iš 240 V, 50 Hz tinklo ima 6 kW, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungiamas 68 µF kondensatorius. Raskite naują tinklo matomą galios koeficientą cos φ.

P = 6 kWpf1 = 0,8V = 240 Vf = 50 HzC = 68 µF
cos φ =
17.Trifazė galiaVidutinis
ABCVL​ = 415 VIL​ = 80 Acos φ = 0,75induktyvus

Simetrinė trifazė apkrova ima 80 A linijinę srovę iš tinklo, kurio linijinė įtampa 415 V. Galios koeficientas 0,75 (induktyvus). Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.

VL = 415 VIL = 80 Acos φ = 0,75
P = kW
18.Trifazė galiaSunkus
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​

Simetrinė trifazė apkrova iš 690 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 300 kW, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,92 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Kondensatoriai sujungti žvaigžde. Raskite kiekvieno kondensatoriaus talpą Cph µF.

P = 300 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
19.TransformatoriaiVidutinis
4800 V240 VIHV​ = ?ILV​500 kVA

Vienfazis 500 kVA, 4800/240 V transformatorius veikia vardine apkrova. Laikykite jį idealiu. Raskite srovę IHV aukštosios įtampos apvijoje.

S = 500 kVAV1 = 4800 VV2 = 240 V
IHV = A
20.TransformatoriaiSunkus
pf 0,95200 kVA, 75% apkrova

Vienfazio 200 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 800 W, o vario nuostoliai esant vardinei apkrovai – 2000 W. Jis tiekia 75% vardinės galios kVA, kai galios koeficientas 0,95 (induktyvus). Raskite bendrus nuostolius Ploss vatais esant šiai apkrovai.

S = 200 kVAPcore = 800 WPcu,fl = 2000 Wx = 0,75pf = 0,95
Ploss = W
21.Operacinių stiprintuvų grandinėsVidutinis
−+Vout​Rf​ = 22 kΩVin​R1​ = 2 kΩ

Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V įtampa; jo išėjimas įsisotina ties ±13 V. Invertuojantis stiprintuvas valdomas sinusiniu signalu. Raskite didžiausią įėjimo amplitudę Vin,max (amplitudinę vertę), kuriai esant išėjimas neapribojamas.

R1 = 2 kΩRf = 22 kΩVsat = ±13 V
Vin,max = V
22.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
−+Vout​C = 2,2 µFVin​ = 3 VR = 2,2 kΩ

Integratorius naudoja idealų operacinį stiprintuvą, maitinamą ±15 V; jo išėjimas įsisotina ties ±12 V. Kondensatorius neįkrautas, kai momentu t = 0 paduodamas pastovus įėjimas Vin = 3 V. Raskite išėjimo įtampą Vout momentu t = 1 ms.

Vin = 3 VR = 2,2 kΩC = 2,2 µFVsat = ±12 Vt = 1 ms
Vout = V
23.Diodai ir tranzistoriaiVidutinis
RC​ = 2,7 kΩβ = 100IC​ = ?RE​ = 1,2 kΩVCC​ = 15 VR1​ = 33 kΩR2​ = 6,8 kΩ

NPN tranzistoriaus, kurio β = 100, darbo taškas nustatomas įtampos dalikliu iš VCC = 15 V: R₁ = 33 kΩ nuo VCC iki bazės ir R₂ = 6,8 kΩ nuo bazės iki įžeminimo. Kolektoriaus rezistorius RC = 2,7 kΩ, emiterio rezistorius RE = 1,2 kΩ. Imkite VBE = 0,7 V ir naudokite daliklio Tevenino ekvivalentą (bazės srovės nepaisyti negalima). Raskite kolektoriaus srovę IC mA.

VCC = 15 VR1 = 33 kΩR2 = 6,8 kΩRC = 2,7 kΩRE = 1,2 kΩβ = 100
IC = mA
24.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
V (V)I (mA)0,61225,53Q = ?

Diodas modeliuojamas kaip 0,6 V nuosekliai su 50 Ω (praleidžia virš 0,6 V). Jis sujungtas nuosekliai su 470 Ω rezistoriumi ir prijungtas prie 12 V šaltinio. Raskite darbo srovę ID, kur diodo tiesė kertasi su apkrovos tiese.

Vs = 12 VR = 470 ΩV0 = 0,6 Vrd = 50 Ω
ID = mA
25.Skaičiavimo sistemosVidutinis
8 bitų papildomasis kodas?−128?64?32?16?8?4?2?1

Užrašykite −75 kaip 8 bitų papildomojo kodo seką. Perskaitykite seką kaip dvejetainį skaičių be ženklo: kokia jo reikšmė U dešimtainėje sistemoje?

N = −758 bit
U =
26.Skaičiavimo sistemosSunkus
spustelėkite bitus, kad juos nustatytumėte012806403201608040201

Nustatykite bitus pagal 8 bitų rezultatą 1101 0101 << 3. Kokia rezultato reikšmė R dešimtainėje sistemoje?

1101 0101<< 3
R =
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
ABCD000111100001111000110312140517060121131150140819011010

Karno žemėlapiu raskite minimalią F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 4, 7, 9, 13, 15) sumų sandaugos (POS) formą. Kiek sumos narių (daugiklių) N ji turi?

F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 4, 7, 9, 13, 15)
N =
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
TQ0​Q0​TQ1​Q1​TQ2​Q2​TQ3​Q3​CLKUP

4 bitų dvejetainis didėjantis skaitiklis pradeda nuo 10 (dešimtainiu pavidalu, Q = 1010). Kokį skaičių Q (dešimtainiu pavidalu) jis rodo po 47 taktinių impulsų?

Q0 = 1047n = 4
Q =
29.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,8f(0,8) = ?

Raskite f(t), kai F(s) = (s + 25)/(s² + 4s + 4), ir apskaičiuokite f(0,8).

F(s) = (s + 25)/(s² + 4s + 4)t = 0,8 s
f(0.8) =
30.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Sistema tenkina y″ + 8y′ + 12y = 12·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 5, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,2).

y″ + 8y′ + 12y = 12·u(t)u(t) = 5y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,2 s
y(0.2) =
31.Struktūrinės schemosVidutinis
R(s)+18K+9s + 3G(s)C(s)0,5H₁−−

Objektas G(s) = 9/(s + 3) turi vidinį (mažąjį) neigiamo grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio stiprinimas H₁ = 0,5. Valdiklio stiprinimas K = 18 ir išorinis vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūras uždaro sistemą. Raskite uždarosios sistemos polių p.

G(s) = 9/(s + 3)H₁ = 0,5K = 18
p =
32.Struktūrinės schemosSunkus
R(s)+7s + 2G₁+7s + 1G₂C(s)1H₁−0,5H₂−

Sutrumpinkite struktūrinę schemą su G₁ = 7/(s + 2), G₂ = 7/(s + 1), vidiniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₁ = 1 aplink G₂ ir išoriniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₂ = 0,5. Raskite C(s)/R(s) nuolatinės srovės stiprinimą T(0).

G₁ = 7/(s + 2)G₂ = 7/(s + 1)H₁ = 1H₂ = 0,5
T(0) =
33.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)1?

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 46/(s² + 11s + 46), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos procentinį viršijimą %OS.

G(s) = 46/(s² + 11s + 46)
%OS = %
34.Šuolinė reakcijaSunkus
k = 500 N/mc = 19 N·s/mm = 8 kgF = 5 Nx(t)

8 kg masė kabo ant 500 N/m spyruoklės su klampiuoju slopintuvu c = 19 N·s/m (m·x″ + c·x′ + k·x = F). Pusiausvyroje rimtyje staiga pridedama pastovi jėga F = 5 N. Raskite didžiausią poslinkį xmax mm.

m = 8 kgk = 500 N/mc = 19 N·s/mF = 5 N
xmax = mm
35.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
vin​C = 10 nFR = 47 kΩvout​

Parodytas RC aukštųjų dažnių filtras turi R = 47 kΩ, C = 10 nF. Taikoma sinusinė įvestis 85 Hz. Raskite vout fazės poslinkį φ vin atžvilgiu laipsniais.

R = 47 kΩC = 10 nFf = 85 Hz
φ = °
36.Bode grafikai ir atsargosSunkus
|H| (dB)0,10,1111010100100−60−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​ = ?

Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 75/(s(s + 5)). Raskite stiprinimo kirtimo dažnį ωc, kai |L(jω)| = 1.

L(s) = 75/(s(s + 5))
ωc = rad/s
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaVidutinis
R(s)+K1s(s + 3)(s + 5)C(s)−

Schemoje pavaizduoto kontūro atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra L(s) = K/(s(s + 3)(s + 5)). Raskite didžiausią stiprinimą Kmax, su kuriuo uždarasis kontūras yra stabilus.

L(s) = K/(s(s + 3)(s + 5))
Kmax =
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaSunkus
ReIm−2−4−6−8−10−12j2sb​

Pavaizduota kontūro L(s) = K/((s + 5)(s + 11)) šaknų geometrinė vieta. Raskite stiprinimą K atsiskyrimo taške sb, kuriame du uždarojo kontūro poliai susitinka realiojoje ašyje.

L(s) = K/((s + 5)(s + 11))
K =
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
R(s)+K = 2055s + 1C(s)−

Procesas G(s) = 5/(5s + 1) valdomas proporciniu stiprinimu K = 20 vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite šuolio nusistovėjusiąją paklaidą ess kaip šuolio dydžio procentą.

G(s) = 5/(5s + 1)K = 20
ess = %
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+Kp​ + Ki​/s1s + 5C(s)−

PI reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s valdo objektą G(s) = 1/(s + 5) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Uždarasis kontūras turi turėti ωₙ = 6 rad/s ir ζ = 0,8. Raskite proporcinį stiprinimą Kp.

G(s) = 1/(s + 5)ωₙ = 6 rad/sζ = 0,8
Kp =

3Tirpalai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR2 = 0,4291 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​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​8 ΩAR4​20 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 = 3 + 20 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 8·23/(8+23) = 5,935 Ω
Req = R1 + 5,935 = 20 + 5,935 = 25,94 Ω

Šaltinio srovė

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

IR1 = V1/Req = 15/25,94 = 0,5784 A

Srovė per R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 0,5784·20 = 3,433 V
IR2 = VA/R2 = 3,433/8 = 0,4291 A

Atsakymas

IR2 = 0,4291 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR2 = 0,2803 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​ = 2 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​25 ΩAR4​2 ΩBR6​4 Ω

Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo

Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.

R5 + R6 = 12 + 4 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 1,778 Ω
R3 + 1,778 = 9,778 Ω
R2 ∥ 9,778 = 7,029 Ω
Req = R1 + 7,029 = 2 + 7,029 = 9,029 Ω

Šaltinio srovė

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

IR1 = V1/Req = 9/9,029 = 0,9968 A

Srovė per R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,9968·2 = 7,006 V
IR2 = VA/R2 = 7,006/25 = 0,2803 A

Atsakymas

IR2 = 0,2803 A
3.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: PIs = 135,6 W

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.

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/6 + (VA − 24)/5 + (VA − VB)/15 = 0
0,4333·VA − 0,06667·VB = 4,8

KSD mazge B

Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/12 + (VB − VA)/15 = 4
−0,06667·VA + 0,15·VB = 4

Išspręskite

Δ = (0,4333)(0,15) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,06056
VA = Δ1/Δ = 0,9867/0,06056 = 16,29 V
VB = Δ2/Δ = 2,053/0,06056 = 33,91 V

Srovės šaltinio atiduodama galia

Šaltinis srovę Iₛ stumia aukštyn į mazgą B, nuo įžeminimo (0 V) iki VB. Šaltinis, kurio srovė išteka iš jo + gnybto, atiduoda galią P = V·I.

PIs = VB·Is = 33,91·4 = 135,6 W

Atsakymas

PIs = 135,6 W
4.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: Is = 7,538 A

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

Kirchhofo srovių dėsnis mazge A

VA žinoma, todėl ši lygtis duoda VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(13 − 9)/4 + 13/30 = (VB − 13)/25
1,433 = (VB − 13)/25 → VB = 48,83 V

Kirchhofo srovių dėsnis mazge B

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

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (48,83 − 13)/25 + 48,83/8 = 7,538 A

Atsakymas

Is = 7,538 A
5.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: VR1 = 3,6 V

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

R1​ = 4 ΩR2​ = 4 Ω+−V1​9 VR3​3 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

Priskirkite kontūrų sroves

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

KĮD kontūre 1

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

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
4·I1 + 3(I1 − I2) = 9
7·I1 − 3·I2 = 9

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
4·I2 + 3(I2 − I1) = (−9)
−3·I1 + 7·I2 = −9

Išspręskite

Δ = (7)(7) − (−3)(−3) = 40
I1 = Δ1/Δ = 36/40 = 0,9 A
I2 = Δ2/Δ = −36/40 = −0,9 A

Atsakymas

IR1 = I1 = 0,9 A
VR1 = IR1·R1 = 0,9·4 = 3,6 V

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

6.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: IR2 = 0,1852 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​ = 6 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR4​10 ΩAR5​20 ΩB+−V2​12 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
6·I1 + 10(I1 − I2) = 18
16·I1 − 10·I2 = 18

KĮD kontūre 2

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

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
5·I2 + 10(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 35·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
8·I3 + 20(I3 − I2) = (−12)
−20·I2 + 28·I3 = −12

Išspręskite

Δ = koeficientų matricos determinantas = 6480
I1 = Δ1/Δ = 8040/6480 = 1,241 A
I2 = Δ2/Δ = 1200/6480 = 0,1852 A
I3 = Δ3/Δ = −1920/6480 = −0,2963 A

Atsakymas

IR2 = I2 = 0,1852 A

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

7.Superpozicija

Atsakymas: I = 3,5 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
6·k₁ + 4·k₂ = −1,5
20·k₁ + 6·k₂ = 0,5

Raskite konstantas

Δ = (6)(6) − (4)(20) = −44
k₁ = Δ1/Δ = −11/−44 = 0,25
k₂ = Δ2/Δ = 33/−44 = −0,75
k₁ = 0,25 mA/V, k₂ = −0,75

Apskaičiuokite naują srovę

I = 0,25·20 + (−0,75)·2 = 3,5 mA

Atsakymas

I = 3,5 mA
8.Superpozicija

Atsakymas: VR2 = 2,201 V

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

R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​36 VR3​5 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) = 5 ∥ 8 = 3,077 Ω
VA = 36·3,077/(4+3,077) = 15,65 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 15,65·5/8 = 9,783 V
VR2′ = VA − VB = 15,65 − 9,783 = 5,87 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 5 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​5 ΩAIs​0,5 ABTRUMPAS JUNGIMAS

2 atvejis · veikia tik Is

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

R1 ∥ R3 = 2,222 Ω, todėl kairysis kelias yra R2+2,222 = 5,222 Ω
Req = R4 ∥ 5,222 = 2,554 Ω
VB = Is·Req = 0,5·2,554 = 1,277 V
VA = VB·2,222/5,222 = 0,5435 V
VR2″ = VA − VB = 0,5435 − 1,277 = −0,7337 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 5 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​5 ΩAATVIRAB+−V2​10 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 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 10·5,222/10,22 = 5,109 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 5,109·2,222/5,222 = 2,174 V
VR2‴ = VA − VB = 2,174 − 5,109 = −2,935 V

Sudėkite dedamąsias

VR2 = VR2′ + VR2″ + VR2‴
VR2 = 5,87 + (−0,7337) + (−2,935) = 2,201 V

Neigiamas rezultatas reiškia, kad iš tikrųjų poliškumas priešingas pažymėtam.

9.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: Vth = 3 V

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

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

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

R1 ∥ R2 = 8·2/(8+2) = 1,6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,6 + 2 = 3,6 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAab+−Vth​

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

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

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 15·2/(8+2) = 3 V
10.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: Vth = 38,25 V

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​ = 5 ΩR3​ = 3 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 = 5·15/(5+15) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 3 = 6,75 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAIs​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) = 4,5 + 5·3,75 = 23,25 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 23,25 + 5·3 = 38,25 V
11.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: W = 19,98 mJ

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 = 100 mH / 20 Ω = 5 ms
i(∞) = Vs/R = 20/20 = 1 A

Srovė duotuoju momentu

i(t) = 1·(1 − e−5/5) = 0,6321 A

Sukaupta energija

W = ½·L·i² = ½·100·0,6321² = 19,98 mJ

Atsakymas

W = 19,98 mJ
12.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: vC = 15,73 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 vertė, galutinė vertė, laiko konstanta

Kondensatoriaus įtampa negali pasikeisti šuoliu, todėl ji pradeda nuo sukauptos vertės ir artėja prie šaltinio įtampos.

vC(0) = 8 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 220 µF = 484 ms
vC(t) = 20 + (8 − 20)·e−t/τ

Įtampa duotuoju momentu

vC(500) = 20 + (−12)·e−500/484 = 15,73 V

Atsakymas

vC = 15,73 V
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: C = 25,33 µF

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|.

Rezonanso sąlyga

Rezonanso metu induktyvioji ir talpinė reaktyviosios varžos susiprastina: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·100 = 628,3 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(628,3²·0,1) = 25,33 µF

Atsakymas

C = 25,33 µF
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: VC = 8,979 V

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·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,1 = 37,7 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·47·10⁻⁶) = 56,44 Ω

Pilnutinė varža

Nuosekliai pilnutinės varžos sudedamos kaip kompleksiniai skaičiai: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(60² + (−18,74)²) = 62,86 Ω

Srovė

Visais nuoseklios grandinės elementais teka ta pati srovė.

I = V/|Z| = 10/62,86 = 0,1591 A

Įtampa ant kondensatoriaus

VC = I·XC = 0,1591·56,44 = 8,979 V

Atsakymas

VC = 8,979 V
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: I = 100 A

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.

Linijos srovė

Darbą atlieka tik aktyvioji galios dalis, todėl dalykite iš galios koeficiento.

I = P/(V·cos φ) = 34000/(400·0,85) = 100 A

Atsakymas

I = 100 A
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: cos φ = 0,8781

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.

Reaktyvioji galia prieš ir po

Aktyvioji galia P nesikeičia; keičiasi tik iš tinklo imama reaktyvioji galia.

Q1 = 6·tan(arccos 0,8) = 4,5 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·50·68·10⁻⁶ = 1230 var = 1,23 kvar
Q2 = 4,5 − 1,23 = 3,27 kvar

Nauja pilnutinė galia

S2 = √(6² + 3,27²) = 6,833 kVA

Naujas galios koeficientas

cos φ = P/S2 = 6/6,833 = 0,8781

Atsakymas

cos φ = 0,8781
17.Trifazė galia

Atsakymas: P = 43,13 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.

Pilnutinė galia

S = √3·VL·IL = √3·415·80 = 57,5 kVA

Aktyvioji galia

P = S·cos φ = 57,5·0,75 = 43,13 kW

Atsakymas

P = 43,13 kW
18.Trifazė galia

Atsakymas: Cph = 541,6 µF

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

Reaktyvioji galia prieš ir po

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

Q1 = 300·tan(acos 0,8) = 300·0,75 = 225 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,92) = 300·0,426 = 127,8 kvar

Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia

QC = Q1 − Q2 = 97,2 kvar

Vienos fazės talpa

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

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 32400/(377·398,4²) = 541,6 µF

Atsakymas

Cph = 541,6 µF
19.Transformatoriai

Atsakymas: IHV = 104,2 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.

Vardinė srovė

Abi apvijos perneša tą pačią pilnutinę galią.

IHV = S/V = 500000/4800 = 104,2 A

Atsakymas

IHV = 104,2 A
20.Transformatoriai

Atsakymas: Ploss = 1925 W

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

Vario nuostoliai esant šiai apkrovai

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,5625·2000 = 1125 W

Bendri nuostoliai

Šerdies nuostoliai vienodi esant bet kokiai apkrovai.

Ploss = 800 + 1125 = 1925 W

Atsakymas

Ploss = 1925 W

Naudingumo koeficientas esant šiai apkrovai η = 98,67%.

21.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: Vin,max = 1,182 V

Idealaus operacinio stiprintuvo taisyklės: esant neigiamajam grįžtamajam ryšiui, stiprintuvas nustato išėjimą taip, kad abiejų įėjimų įtampa būtų vienoda (V₋ = V₊), ir į nė vieną įėjimą srovė neteka. KSD invertuojančiajame įėjime su šiais dviem faktais duoda išėjimą.

Stiprinimas

|Av| = Rf/R1 = 22/2 = 11

Didžiausias įėjimas prieš apribojimą

Vin,max = Vsat/|Av| = 13/11 = 1,182 V

Atsakymas

Vin,max = 1,182 V
22.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: Vout = −0,6198 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.

Įėjimo srovė ir kitimo sparta

kΩ kart µF duoda milisekundes.

RC = 2,2 kΩ · 2,2 µF = 4,84 ms
kitimo sparta = −Vin/(RC) = −3/4,84 = −0,6198 V/ms

Išėjimas duotuoju momentu

Idealioji vertė yra ±Vsat ribose, todėl integratorius dar neapribojo išėjimo.

Vout = −Vin·t/(RC) = −3·1/4,84 = −0,6198 V

Atsakymas

Vout = −0,6198 V
23.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: IC = 1,469 mA

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

Daliklio Tevenino ekvivalentas

VTH = 15·6,8/(33 + 6,8) = 2,563 V
RTH = 33·6,8/(33 + 6,8) = 5,638 kΩ

Bazės srovė

KĮD bazės kontūrui; emiterio srovė yra (β + 1)·IB.

IB = (2,563 − 0,7)/(5,638 + 101·1,2) = 14,69 µA

Kolektoriaus srovė

IC = 100·14,69 µA = 1,469 mA
IE = 101·14,69 µA = 1,483 mA

Atsakymas

IC = 1,469 mA
24.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: ID = 21,92 mA

Šviesos diodų (LED) ir diodų grandinės: tiesiogine kryptimi įjungtas LED krinta maždaug jo tiesiogine įtampa VF (apie 2 V raudonam, 3 V mėlynam ar baltam), nepriklausomai nuo srovės. Srovę nustato nuoseklusis rezistorius: R = (Vs − n·VF)/I, kai nuosekliai sujungta n LED. Tikslesniu diodo modeliu V = V₀ + I·rd darbo taškas yra ten, kur diodo tiesė kertasi su apkrovos tiese I = (Vs − V)/R, todėl I = (Vs − V₀)/(R + rd).

Sujunkite dvi lygtis

12 = 0,6 + I·(470 + 50)

Darbo srovė

ID = 11,4/520 = 21,92 mA
VD = 0,6 + 0,02192·50 = 1,696 V

Atsakymas

ID = 21,92 mA
25.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: U = 181

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.

Invertuokite ir pridėkite vienetą

75 = 0100 1011
invertuota: 1011 0100
+1 → 1011 0101

Perskaitykite be ženklo

1011 0101₂ = 256 − 75 = 181

Atsakymas

U = 181
26.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: R = 168

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

Bitas po bito

Postūmis kairėn 3 perkelia kiekvieną bitą 3 pozicijomis į kairę; bitai, iškritę iš kairiojo galo, prarandami, o dešinėje įeina nuliai.

1101 0101 << 3
= 1010 1000

Rezultato reikšmė

1010 1000₂ = 168

Atsakymas

R = 168
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai

Atsakymas: N = 5

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.

ABCD000111100001111000110312140517060121131150140819011010

Sugrupuokite nulius

Kiekviena grupė yra 2ᵏ langelių stačiakampis; kraštiniai langeliai yra priešingo krašto langelių kaimynai.

(B + C + D)
(B + C′ + D′)
(B′ + C′ + D)
(A′ + D)
(A + B′ + C + D′)

Minimali POS forma

F = (B + C + D)(B + C′ + D′)(B′ + C′ + D)(A′ + D)(A + B′ + C + D′)
N = 5

Atsakymas

N = 5
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai

Atsakymas: Q = 9

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 16 impulsų skaitiklis grįžta į tą pačią būseną.

47 = 2·16 + 15

Skaičius po likusių impulsų

Q = (10 + 15) mod 16 = 9
Q = 1001₂

Atsakymas

Q = 9
29.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.8) = 3,917

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 + 4s + 4 = (s + 2)²

Paprastosios trupmenos

s + 25 = 1(s + 2) + 23
F(s) = 1/(s + 2) + 23/(s + 2)²

Atvirkštinė transformacija

f(t) = e−2t + 23·t·e−2t
f(0,8) = (1 + 23·0,8)·e−2·0,8 = 3,917

Atsakymas

f(0,8) = 3,917
30.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.2) = 0,7256

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) = 60/(s(s + 2)(s + 6))

Paprastosios trupmenos

A = 60/(2·6) = 5
B = 60/((−2)·4) = −7,5
C = 60/((−6)·(−4)) = 2,5

Išskirta

y(t) = 5 − 7,5·e−2t + 2,5·e−6t
y(0,2) = 0,7256

Atsakymas

y(0,2) = 0,7256
31.Struktūrinės schemos

Atsakymas: p = −169,5

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) = 9/(s + 3 + 9·0,5) = 9/(s + 7,5)

Išorinis kontūras

T(s) = K·Gᵢ/(1 + K·Gᵢ) = 162/(s + 7,5 + 162) = 162/(s + 169,5)

Rezultatas

p = −169,5

Atsakymas

p = −169,5
32.Struktūrinės schemos

Atsakymas: T(0) = 1,21

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) = 7/(s + 8)

Išorinis kontūras

T(s) = G₁Gᵢ/(1 + G₁GᵢH₂) = 49/((s + 2)(s + 8) + 24,5)

Nuolatinės srovės stiprinimas

T(0) = 49/(2·8 + 24,5) = 49/40,5 = 1,21

Atsakymas

T(0) = 1,21
33.Šuolinė reakcija

Atsakymas: %OS = 1,286 %

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 = 46 → ωₙ = 6,782 rad/s
2ζωₙ = 11 → ζ = 11/(2·6,782) = 0,8109

Rezultatas

%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−4,354 = 1,286 %

Atsakymas

%OS = 1,286 %
34.Šuolinė reakcija

Atsakymas: xmax = 16,2 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) = √(500/8) = 7,906 rad/s
ζ = c/(2√(km)) = 19/(2·√(500·8)) = 0,1502

Rezultatas

xst = F/k = 5/500 m = 10 mm
%OS = 62,05 %
xmax = 10·(1 + 0,6205) = 16,2 mm

Atsakymas

xmax = 16,2 mm
35.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: φ = 75,91 °

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.

Lūžio dažnis

ωc = 1/(RC) = 1/(47000·1 × 10⁻⁸) = 2128 rad/s
fc = 338,6 Hz → f/fc = 85/338,6 = 0,251

Fazė

φ = 90° − atan(0,251) = 75,91°

Atsakymas

φ = 75,91°
36.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: ωc = 7,971 rad/s

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

Stiprinimo kirtimas

ω⁴ + 25ω² − 5625 = 0
ω² = (−25 + √(625 + 4·5625))/2 = 63,53
ωc = 7,971 rad/s

Atsakymas

ωc = 7,971 rad/s
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: Kmax = 120

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.

Charakteringoji lygtis

s³ + 8s² + 15s + K = 0

Raucho lentelė

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

Sąlygos

Kiekvienas pirmojo stulpelio elementas turi būti teigiamas.

K > 0
8·15 − K > 0 → K < 120

Atsakymas

Kmax = 120

Kai K = 120, uždarasis kontūras svyruoja dažniu ω = √15 = 3,873 rad/s.

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

Atsakymas: K = 9

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.

Atsiskyrimo taškas

dK/ds = 0, kai K = −(s + 5)(s + 11), duoda 2s + 16 = 0.

sb = −8

Modulio sąlyga

K = |−8 + 5|·|−8 + 11| = 3·3 = 9

Atsakymas

K = 9

Su šiuo stiprinimu uždarasis kontūras yra kritiškai slopinamas (ζ = 1).

39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 0,9901 %

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.

Padėties konstanta

Kp = 20·5 = 100

Šuolio paklaida

ess = 100/(1 + 100) = 0,9901 %

Atsakymas

ess = 0,9901 %
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: Kp = 4,6

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 + 1Kp)s + 1Ki

Tikslinis daugianaris

s² + 2·0,8·6s + 6² = s² + 9,6s + 36

Sulyginkite koeficientus

5 + 1Kp = 9,6 → Kp = 4,6

Atsakymas

Kp = 4,6

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