Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.
1Formulės ir metodai
Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Nuosekliai sujungti rezistoriai
Req = R1 + R2 + …
Lygiagrečiai sujungti rezistoriai
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Du lygiagrečiai
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Omo dėsnis
V = I·R
Galia
P = V·I = I²R = V²/R
Metodas
Pradėkite nuo grandinės galo, esančio toliausiai nuo gnybtų.
Nuosekliai sujungtus rezistorius sudėkite, o lygiagrečius junkite pagal 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Po kiekvieno žingsnio perbraižykite grandinę.
Kartokite, kol tarp gnybtų liks vienas rezistorius.
Mazgų potencialų metodas
Kirchhofo srovių dėsnis
ΣIin = ΣIout
Šakos srovė
I = (Va − Vb)/R
Atskaitos mazgas
Vground = 0
Metodas
Pasirinkite atskaitos mazgą (įžeminimą) ir pažymėkite kitų mazgų potencialus.
Kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį: per šakas ištekančios srovės lygios įtekančioms.
Kiekvienos šakos srovę išreikškite kaip (Va − Vb)/R.
Išspręskite lygčių sistemą, tada raskite reikiamas sroves.
Kontūrų srovių metodas
Kirchhofo įtampų dėsnis
ΣV = 0 kiekviename kontūre
Bendras rezistorius
srovė = I1 − I2
Srovės šaltinis kontūre
nustato to kontūro srovę
Metodas
Kiekviename grandinės kontūre (lange) nubrėžkite pagal laikrodžio rodyklę tekančią srovę.
Kiekvienam kontūrui taikykite Kirchhofo įtampų dėsnį: įtampų kritimų suma lygi nuliui.
Dviem kontūrams bendrame rezistoriuje srovė lygi abiejų kontūrų srovių skirtumui.
Išspręskite lygtis; neigiamas rezultatas reiškia, kad srovė teka priešinga kryptimi.
Superpozicija
Superpozicija
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Išjungtas įtampos šaltinis
trumpasis jungimas (0 V)
Išjungtas srovės šaltinis
atvira grandinė (0 A)
Įtampos daliklis
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Srovės daliklis
I1 = I·R2/(R1 + R2)
Metodas
Suskaičiuokite nepriklausomus šaltinius. Kiekvienam šaltiniui išspręsite po vieną paprastesnę grandinę.
Palikite vieną šaltinį, o kitus išjunkite: įtampos šaltinis tampa trumpuoju jungimu (laidu), srovės šaltinis – atvira grandine (tarpu).
Paprastesnėje grandinėje raskite reikiamą įtampą arba srovę, sekdami jos kryptį.
Pakartokite kiekvienam šaltiniui, tada sudėkite indėlius su jų ženklais.
Teveninas ir Nortonas
Tevenino įtampa
Vth = Vopen circuit
Tevenino varža
Rth: visi šaltiniai išjungti, žiūrint iš a–b
Nortono srovė
IN = Vth/Rth
Apkrovos srovė
IL = Vth/(Rth + RL)
Didžiausios galios perdavimas
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)
Metodas
Atjunkite apkrovą ir pažymėkite abu gnybtus a ir b.
Raskite tuščiosios veikos įtampą tarp a ir b: tai Vth.
Išjunkite visus nepriklausomus šaltinius ir raskite varžą, matomą iš a–b: tai Rth.
Grąžinkite apkrovą į ekvivalentinę grandinę: Vth nuosekliai su Rth.
Nortono ekvivalentui perskaičiuokite: IN = Vth/Rth, o RN = Rth lygiagrečiai.
RC ir RL pereinamieji procesai
Laiko konstanta
τ = RC | τ = L/R
Atsakas
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kondensatorius esant nuolatinei srovei
atvira grandinė; vC negali kisti šuoliu
Ritė esant nuolatinei srovei
trumpasis jungimas; iL negali kisti šuoliu
Nusistovėjęs režimas
t ≈ 5τ
Metodas
Raskite pradinę vertę iškart po perjungimo: kondensatoriaus įtampa ir ritės srovė negali kisti šuoliu.
Raskite galutinę vertę praėjus ilgam laikui po perjungimo: kondensatorius veikia kaip atvira grandinė, ritė – kaip trumpasis jungimas.
Raskite laiko konstantą: τ = RC arba τ = L/R, naudodami varžą, kurią „mato“ kondensatorius ar ritė.
Naudokite x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.
Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Pilnutinės varžos
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Kampinis dažnis
ω = 2πf
Modulis ir kampas
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Omo dėsnis fazoriams
V = I·Z
Metodas
Perskaičiuokite dažnį: ω = 2πf.
Raskite kiekvieną reaktansą: XL = ωL ir XC = 1/(ωC).
Impedansus sudėkite kaip rezistorius, kai Z = R + jX.
Raskite modulį |Z| = √(R² + X²) ir kampą φ = atan(X/R), tada taikykite Omo dėsnį fazoriams.
Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Aktyvioji galia
P = V·I·cos φ
Reaktyvioji galia
Q = V·I·sin φ
Pilnutinė galia
S = V·I = √(P² + Q²)
Galios koeficientas
pf = cos φ = P/S
Kompensacinis kondensatorius
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)
Trifazė galia
Žvaigždės (Y) jungimas
VL = √3·Vph, IL = Iph
Trikampio (Δ) jungimas
VL = Vph, IL = √3·Iph
Bendra aktyvioji galia
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Pilnutinė ir reaktyvioji galia
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kompensavimo kondensatoriai
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Įtampa ant kiekvieno kondensatoriaus
Δ: VL Y: VL/√3
Variklio naudojama galia
Pin = Pout/η
Transformatoriai
Transformacijos koeficientas
a = N1/N2 = V1/V2
Srovių santykis
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Vardinė srovė
I = S/V
Perskaičiuota varža
Z1′ = a²·ZL
Vario nuostoliai esant daliniam apkrovimui
Pcu = x²·Pcu,fl
Naudingumo koeficientas
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Didžiausias naudingumo koeficientas
x = √(Pcore/Pcu,fl)
Operacinių stiprintuvų grandinės
Invertuojantysis stiprintuvas
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Neinvertuojantysis stiprintuvas
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Sumuojantysis stiprintuvas
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Idealus operacinis stiprintuvas
V+ = V−, Iin = 0
Diodai ir tranzistoriai
Diodas (pastovus įtampos kritimas)
VD = 0,7 V when conducting
Aktyvioji sritis
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Fiksuotasis maitinimas
IB = (VCC − 0,7)/RB
Maitinimas per daliklį
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Daliklio Tevenino ekvivalentas
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Kolektoriaus kontūras
VCE = VCC − ICRC − IERE
Įsotinimas
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β
Skaičiavimo sistemos
Pozicijų vertės
dvejetainė 2k, aštuntainė 8k, šešioliktainė 16k
Į dešimtainę
Σ dk·bk
Iš dešimtainės
dalykite iš pagrindo, liekanas skaitykite iš apačios į viršų
Šešioliktainė ↔ dvejetainė
vienas šešioliktainis skaitmuo = 4 bitai
Papildomasis kodas
invertuokite bitus ir pridėkite 1
Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Pagrindiniai elementai
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Būlio taisyklės
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgano dėsniai
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Karno žemėlapio tvarka
00, 01, 11, 10 (Gray code)
2ᵏ langelių grupė
netenka k kintamųjų
4 į 1 multiplekseris
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Trigeriai
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Skaitikliai
n bitų: 2ⁿ būsenų; mod-N: mažiausias n, kad 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Nuosekliojo veikimo (ripple) skaitiklis
fmax = 1/(n·tpd)
Žiediniai ir Johnsono skaitikliai
n ir 2n būsenų
Metodas
Grandinei dirbkite nuo įėjimų iki išėjimo po vieną elementą ir užrašykite reikšmę ant kiekvieno laido arba užrašykite išraišką ir užpildykite teisingumo lentelę.
Supaprastindami įrašykite vienetus (o nesvarbias reikšmes kaip X) į Karno žemėlapį su Grejaus kodo eilutėmis ir stulpeliais: 00, 01, 11, 10.
Vienetus padenkite kuo mažiau ir kuo didesnių 1, 2, 4, 8 ar 16 langelių grupių, apsisukančių per kraštus; kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys iš kintamųjų, kurie joje nesikeičia. POS formai grupuokite nulius.
Trigeriams ir skaitikliams skaitykite įėjimus kiekvienu aktyviu taktiniu frontu, užrašykite būseną po kiekvieno fronto ir atminkite, kad n bitų skaitiklis apsisuka po 2ⁿ būsenų.
Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta
Stabilumas
visos charakteristinio daugianario šaknys kairiojoje pusplokštumėje
Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes ir sudarykite likusias eilutes.
Suskaičiuokite pirmojo stulpelio ženklo kaitas: kiekviena yra vienas polius dešiniojoje pusplokštumėje. Kai lentelėje yra K, reikalaukite, kad kiekvienas pirmojo stulpelio elementas liktų teigiamas.
Šaknų geometrinei vietai pažymėkite polius ir nulius, realiosios ašies ruožus, asimptotes iš centroido ir lūžio taškus, kur dK/ds = 0. Stiprinimui taške naudokite K = 1/|G(s)|.
Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas
Sistemos tipas
G(s) polių ties s = 0 skaičius
Paklaidos konstantos
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Šuolis A
ess = A/(1 + Kp)
Rampa A·t
ess = A/Kv
Parabolė A·t²/2
ess = A/Ka
PID reguliatorius
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Antrosios eilės tikslas
s² + 2ζωns + ωn²
Viršijimas ir laiko rodikliai
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)
Metodas
Suskaičiuokite atvirojo kontūro C(s)·G(s) polius ties s = 0: tai yra sistemos tipas.
Raskite srovės šaltinio Is vertę (kryptis kaip pavaizduota), kuriai esant srovė IR3 per R3 lygi nuliui.
V1 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 Ω
Is = A
8.SuperpozicijaSunkus
Tiesinėje varžinėje grandinėje yra trys nepriklausomi šaltiniai: V1, V2 ir Is. Srovė I per apkrovą išmatuota tris kartus. Kai visų šaltinių vertės įprastos, I = 12,5 mA. Padvigubinus V1 ir nekeičiant kitų dviejų, I = 13,5 mA. Pakeitus Is kryptį priešinga ir nekeičiant kitų dviejų, I = −1,5 mA. Raskite apkrovos srovę I, kai V2 išjungtas, o V1 ir Is vertės įprastos.
įprasta: I = 12,5 mA2·V1: I = 13,5 mA−Is: I = −1,5 mA
I = mA
9.Teveninas ir NortonasVidutinis
Prie a–b prijungta apkrova RL = 20 Ω. Likusią grandinės dalį pakeiskite Tevenino ekvivalentu ir raskite apkrovos srovę IL.
V1 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 8 ΩRL = 20 Ω
IL = A
10.Teveninas ir NortonasSunkus
Raskite Nortono srovę IN: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.
V1 = 6 VIs = 6 AR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
11.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Raskite srovę i momentu t = 1 ms.
Vs = 9 VR = 50 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
12.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Jungiklis ilgai buvo uždarytas, todėl grandinė yra nusistovėjusiame režime. Momentu t = 0 jungiklis atsidaro. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 120 ms.
Vs = 9 VR1 = 10 kΩR2 = 10 kΩC = 33 µFt = 120 ms
vC = V
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 100 V (efektinė), 200 Hz maitinimo. Raskite iš tinklo imamą aktyviąją galią P.
V = 100 V (rms)f = 200 HzR = 25 ΩL = 200 mHC = 4,7 µF
P = W
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 230 V (efektinė), 100 Hz maitinimo. Raskite grandinės rezonansinį dažnį f0.
V = 230 V (rms)f = 100 HzR = 15 ΩL = 100 mHC = 4,7 µF
f0 = Hz
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Vienfazis variklis iš 230 V tinklo ima 27 kW, kai galios koeficientas 0,6 (induktyvus). Raskite jo naudojamą reaktyviąją galią Q.
P = 27 kWpf = 0,6V = 230 V
Q = kvar
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
Vienfazė apkrova iš 400 V, 60 Hz tinklo ima 40 kW, kai galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Lygiagrečiai prijungtas kondensatorius padidina galios koeficientą iki 0,92. Raskite reaktyviąją galią QC, kurią turi tiekti kondensatorius.
P = 40 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,92V = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
17.Trifazė galiaVidutinis
Simetrinė trifazė apkrova ima 50 A linijinę srovę iš tinklo, kurio linijinė įtampa 690 V. Galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.
VL = 690 VIL = 50 Acos φ = 0,7
P = kW
18.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 400 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 120 kW, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,95 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Raskite bendrą reaktyviąją galią QC, kurią turi tiekti kondensatorių baterija, kvar.
P = 120 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,95VL = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
19.TransformatoriaiVidutinis
Vienfazis 15 kVA, 480/240 V transformatorius veikia vardine apkrova. Laikykite jį idealiu. Raskite srovę IHV aukštosios įtampos apvijoje.
S = 15 kVAV1 = 480 VV2 = 240 V
IHV = A
20.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 100 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 800 W. Esant vardinei apkrovai ir galios koeficientui 0,85 (induktyvus), jo naudingumo koeficientas 97,5%. Raskite vario nuostolius Pcu,fl vatais esant vardinei apkrovai.
S = 100 kVAPcore = 800 Wpf = 0,85η = 97,5%
Pcu,fl = W
21.Operacinių stiprintuvų grandinėsVidutinis
Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V. Raskite išėjimo įtampą Vout.
Vin = 1,9 VR1 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
22.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V. Rezistorių santykiai nesuderinti. Raskite išėjimo įtampą Vout.
NPN tranzistoriaus, kurio β = 75, darbo taškas nustatomas bazės rezistoriumi RB = 220 kΩ iš maitinimo šaltinio VCC = 10 V. Kolektoriaus rezistorius RC = 1,5 kΩ, emiteris įžemintas. Imkite VBE = 0,7 V ir tarkite, kad tranzistorius veikia aktyviojoje srityje. Raskite kolektoriaus srovę IC mA.
VCC = 10 VRB = 220 kΩRC = 1,5 kΩβ = 75VBE = 0,7 V
IC = mA
24.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
NPN tranzistorius, kurio β = 100, komutuoja 150 Ω apkrovos rezistorių, prijungtą tarp VCC = 12 V ir jo kolektoriaus. Emiteris įžemintas. Bazė valdoma iš 3,3 V loginio išėjimo per bazės rezistorių RB. Imkite VBE = 0,7 V ir VCE(sat) = 0,2 V. Raskite didžiausią bazės rezistorių RB kΩ, kuris dar įveda tranzistorių į įsotinimą.
Nustatykite bitus, kad jie saugotų −66 8 bitų dvejetainiu papildomuoju kodu. Skaitant kaip skaičių be ženklo, kokia šablono reikšmė U?
N = −668 bit
U =
26.Skaičiavimo sistemosSunkus
Nustatykite bitus pagal 8 bitų rezultatą 0100 0101 << 1. Kokia rezultato reikšmė R dešimtainėje sistemoje?
0100 0101<< 1
R =
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
Karno žemėlapiu raskite minimalią F(A, B, C) = Σm(0, 3, 5, 6, 7) sandaugų sumos (SOP) formą. Kiek iš viso literalų L ji turi (su brūkšneliu žymimas kintamasis skaičiuojamas kaip vienas literalas)?
F(A, B, C) = Σm(0, 3, 5, 6, 7)
L =
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
4 bitų Johnsono skaitiklis Q₃Q₂Q₁Q₀ pradeda nuo 0000. Kiekvienu taktiniu frontu bitai pasislenka per vieną vietą į dešinę (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀), o Q₃ gauna Q₀ inversiją. Nurodykite būseną Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ dešimtainiu skaičiumi po 4 taktinių frontų.
Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00004
Q =
29.Laplaso transformacijosVidutinis
Raskite f(t), kai F(s) = (3s + 7)/(s² + 4s + 4), ir apskaičiuokite f(0,6).
F(s) = (3s + 7)/(s² + 4s + 4)t = 0,6 s
f(0.6) =
30.Laplaso transformacijosSunkus
Sistema tenkina y″ + 9y′ + 18y = 27·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 2, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,2).
Objektas G(s) = 7/(s + 8) turi vidinį (mažąjį) neigiamo grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio stiprinimas H₁ = 1. Valdiklio stiprinimas K = 16 ir išorinis vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūras uždaro sistemą. Raskite uždarosios sistemos nuolatinės srovės stiprinimą T(0).
G(s) = 7/(s + 8)H₁ = 1K = 16
T(0) =
32.Struktūrinės schemosSunkus
Sutrumpinkite struktūrinę schemą su G₁ = 11/(s + 5), G₂ = 3/(s + 1), vidiniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₁ = 2 aplink G₂ ir išoriniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₂ = 0,25. Raskite C(s)/R(s) nuolatinės srovės stiprinimą T(0).
G₁ = 11/(s + 5)G₂ = 3/(s + 1)H₁ = 2H₂ = 0,25
T(0) =
33.Šuolinė reakcijaVidutinis
Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 22/(s² + 5s + 22), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite santykinį slopinimo koeficientą ζ.
G(s) = 22/(s² + 5s + 22)
ζ =
34.Šuolinė reakcijaSunkus
Antrosios eilės sistemos be nulių šuolinė reakcija turi turėti 2 % viršijimą. Raskite slopinimo koeficientą ζ.
%OS = 2 %
ζ =
35.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
Parodytas RC žemųjų dažnių filtras turi R = 2,2 kΩ, C = 4,7 nF. Taikoma sinusinė įvestis 62 kHz. Raskite vout fazės poslinkį φ vin atžvilgiu laipsniais.
R = 2,2 kΩC = 4,7 nFf = 62 kHz
φ = °
36.Bode grafikai ir atsargosSunkus
Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 4/(s(s + 1)(s + 2)). Raskite stiprinimo atsargą GM dB.
L(s) = 4/(s(s + 1)(s + 2))
GM = dB
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaVidutinis
Schemoje pavaizduoto kontūro atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra L(s) = K/(s(s + 1)(s + 3)). Raskite didžiausią stiprinimą Kmax, su kuriuo uždarasis kontūras yra stabilus.
L(s) = K/(s(s + 1)(s + 3))
Kmax =
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaSunkus
Pavaizduota kontūro L(s) = K/((s + 6)(s + 10)) šaknų geometrinė vieta. Raskite stiprinimą K atsiskyrimo taške sb, kuriame du uždarojo kontūro poliai susitinka realiojoje ašyje.
L(s) = K/((s + 6)(s + 10))
K =
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūras, kurio G(s) = K/(s(s + 2)), turi sekti rampą r(t) = 5t su 0,02 nusistovėjusiąja paklaida. Raskite stiprinimą K.
G(s) = K/(s(s + 2))r(t) = 5tess = 0,02
K =
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
PD reguliatorius C(s) = 2 + Kd·s valdo objektą G(s) = 2/(s(s + 3)) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite diferencialinį stiprinimą Kd, kuriam esant uždarojo kontūro slopinimo koeficientas yra ζ = 0,8.
G(s) = 2/(s(s + 3))Kp = 2ζ = 0,8
Kd = s
3Tirpalai
1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR2 = 0,6857 A
Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.
Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo
Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.
R3 + R4 = 5 + 5 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 20·10/(20+10) = 6,667 Ω
Req = R1 + 6,667 = 5 + 6,667 = 11,67 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 24/11,67 = 2,057 A
Srovė per R₂
Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 2,057·5 = 13,71 V
IR2 = VA/R2 = 13,71/20 = 0,6857 A
Atsakymas
IR2 = 0,6857 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 5,165 Ω
Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.
Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo
Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.
R5 + R6 = 25 + 12 = 37 Ω
R4 ∥ 37 = 5,163 Ω
R3 + 5,163 = 15,16 Ω
R2 ∥ 15,16 = 3,165 Ω
Req = R1 + 3,165 = 2 + 3,165 = 5,165 Ω
Atsakymas
Req = 5,165 Ω
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: VB = 31,15 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.
Nustatykite mazgus
Įžeminimas – apatinis laidas. Žinomi mazgų potencialai gaunami tiesiai iš šaltinių (V1 = 6 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 − 6)/6 + (VA − VB)/20 = 0
0,2833·VA − 0,05·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/8 + (VB − VA)/20 = 5
−0,05·VA + 0,175·VB = 5
Išspręskite
Δ = (0,2833)(0,175) − (−0,05)(−0,05) = 0,04708
VA = Δ1/Δ = 0,425/0,04708 = 9,027 V
VB = Δ2/Δ = 1,467/0,04708 = 31,15 V
Atsakymas
VB = 31,15 V
4.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: IR2 = −1,157 A
Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.
Nustatykite mazgus
Įžeminimas – apatinis laidas. Žinomi mazgų potencialai gaunami tiesiai iš šaltinių (V1 = 10 V, V2 = 15 V). Nežinomieji: VA, VB.
KSD mazge A
Srovės, ištekančios iš A per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į A.
VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/10 + (VA − 10)/6 + (VA − VB)/5 = 0
0,4667·VA − 0,2·VB = 1,667
KSD mazge B
Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.
VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/6 + (VB − VA)/5 + (VB − 15)/12 = 4
−0,2·VA + 0,45·VB = 5,25
Išspręskite
Δ = (0,4667)(0,45) − (−0,2)(−0,2) = 0,17
VA = Δ1/Δ = 1,8/0,17 = 10,59 V
VB = Δ2/Δ = 2,783/0,17 = 16,37 V
Atsakymas
IR2 = (VA − VB)/R2 = (10,59 − 16,37)/5 = −1,157 A
5.Kontūrų srovių metodas
Atsakymas: I2 = −0,8438 A
Kontūrų srovių metodas: kiekvienam plokščios grandinės langui priskirkite savo kontūro srovę, kiekvienam kontūrui užrašykite Kirchhofo įtampų dėsnį (kritimų suma = padidėjimų suma) ir išspręskite. Šakų srovės yra kontūro srovė arba dviejų kontūrų srovių skirtumas bendroje šakoje.
Priskirkite kontūrų sroves
Kiekviename lange nubrėžkite srovę pagal laikrodžio rodyklę: I1, I2. Dviem kontūrams bendras rezistorius praleidžia jų srovių skirtumą.
KĮD kontūre 1
Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).
R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
12·I1 + 12(I1 − I2) = 9
24·I1 − 12·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
10·I2 + 12(I2 − I1) = (−18)
−12·I1 + 22·I2 = −18
Išspręskite
Δ = (24)(22) − (−12)(−12) = 384
I1 = Δ1/Δ = −18/384 = −0,04688 A
I2 = Δ2/Δ = −324/384 = −0,8438 A
Atsakymas
I2 = −0,8438 A
Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.
6.Kontūrų srovių metodas
Atsakymas: VR2 = −1,225 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.
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
25·I1 + 6(I1 − I2) = 30
31·I1 − 6·I2 = 30
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
6·I2 + 6(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 24·I2 − 12·I3 = 0
KĮD kontūre 3
Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).
R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
8·I3 + 12(I3 − I2) = (−15)
−12·I2 + 20·I3 = −15
Išspręskite
Δ = koeficientų matricos determinantas = 9696
I1 = Δ1/Δ = 9000/9696 = 0,9282 A
I2 = Δ2/Δ = −1980/9696 = −0,2042 A
I3 = Δ3/Δ = −8460/9696 = −0,8725 A
Atsakymas
IR2 = I2 = −0,2042 A
VR2 = IR2·R2 = −0,2042·6 = −1,225 V
Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.
7.Superpozicija
Atsakymas: Is = 3 A
Superpozicija: tiesinėje grandinėje bet kuri įtampa ar srovė yra atsakų į kiekvieną atskirai veikiantį nepriklausomą šaltinį suma. Norėdami išjungti šaltinį, idealų įtampos šaltinį pakeiskite trumpuoju jungimu, o idealų srovės šaltinį – atvira grandine. Rezistoriai lieka savo vietose.
1 atvejis · veikia tik V1
Iₛ tampa atvira grandine, todėl R₃ ir R₄ sudaro vieną nuoseklią šaką nuo A iki įžeminimo, lygiagrečią su R₂.
R3+R4 = 10+2 = 12 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 8·12/(8+12) = 4,8 Ω
VA = 12·4,8/(8+4,8) = 4,5 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,5·2/12 = 0,75 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (4,5 − 0,75)/10 = 0,375 A
2 atvejis · veikia tik Is
V₁ tampa trumpuoju jungimu, todėl R₁ ∥ R₂ jungia A su įžeminimu. Taške B Iₛ pasiskirsto tarp R₄ ir kelio R₃ + R₁∥R₂; dalis per R₃ teka nuo B į A, prieš rodyklę.
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.
Matavimus užrašykite per indėlius
Kiekvienas indėlis proporcingas savo šaltiniui.
I₁ + I₂ + I₃ = 12,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 13,5
I₁ + I₂ − I₃ = −1,5
Raskite indėlius
I₁ = 13,5 − 12,5 = 1 mA
I₃ = (12,5 − (−1,5))/2 = 7 mA
I₂ = 12,5 − 1 − 7 = 4,5 mA
Išjunkite V₂
I = I₁ + I₃ = 1 + 7 = 8 mA
Atsakymas
I = 8 mA
9.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IL = 0,1974 A
Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.
Raskite Rth, išjungę visus šaltinius
Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.
R1 ∥ R2 = 4·6/(4+6) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 8 = 10,4 Ω
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) = 10·6/(4+6) = 6 V
Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento
Tevenino šaltinis ir nuoseklus R_th gnybtuose a–b elgiasi lygiai kaip pradinė grandinė, todėl apkrova mato paprastą nuoseklų kontūrą.
IL = Vth/(Rth + RL) = 6/(10,4 + 20) = 0,1974 A
10.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IN = −5,739 A
Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.
Raskite Rth, išjungę visus šaltinius
Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.
R1 ∥ R2 = 3·3/(3+3) = 1,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,5 + 10 = 11,5 Ω
Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą
Kai a–b atviri, vienintelis kelias Iₛ yra per R₃ į mazgą A. Raskite V_A superpozicija iš V₁ ir Iₛ, tada pridėkite įtampos kritimą ant R₃.
VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 3 + (−6)·1,5 = −6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −6 + (−6)·10 = −66 V
Nortono ekvivalentas
Nortono šaltinis – ta pati grandinė, matoma kaip srovės šaltinis lygiagrečiai su R_th. Jo srovė yra trumpojo jungimo srovė tarp a–b.
IN = Vth/Rth = −66/11,5 = −5,739 A
11.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: i = 0,1404 A
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.
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) = 9·10/(10 + 10) = 4,5 V
Laiko konstanta atsidarius jungikliui
τ = R2·C = 10·33 = 330 ms
Išsikrovimas
vC(t) = 4,5·e−120/330 = 3,128 V
Atsakymas
vC = 3,128 V
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: P = 34,01 W
Kintamosios srovės grandinės ir fazoriai: rezistorių, ričių ir kondensatorių pilnutinės varžos yra R, jωL ir 1/(jωC), kur ω = 2πf. Nuosekliai pilnutinės varžos sumuojamos kaip varžos, tik kompleksiniais skaičiais. Efektinės srovė ir įtampa tenkina Omo dėsnį su |Z|.
Reaktyviosios varžos
XL = 251,3 Ω, XC = 169,3 Ω
Pilnutinė varža
|Z| = √(25² + (82,01)²) = 85,74 Ω
Aktyvioji galia
Ritės ir kondensatoriai energiją tik kaupia ir grąžina; visą aktyviąją galią sunaudoja rezistorius.
I = 100/85,74 = 1,166 A
P = I²·R = 1,166²·25 = 34,01 W
Atsakymas
P = 34,01 W
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: f0 = 232,2 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.
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: Q = 36 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(0,6) = 53,13°, tan φ = 1,333
Reaktyvioji galia
Q = P·tan φ = 27·1,333 = 36 kvar
Atsakymas
Q = 36 kvar
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: QC = 23,77 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.
Reaktyvioji galia prieš ir po
Aktyvioji galia P nesikeičia; keičiasi tik iš tinklo imama reaktyvioji galia.
Q1 = P·tan φ1 = 40·tan(45,57°) = 40,81 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 40·tan(23,07°) = 17,04 kvar
QC = Q1 − Q2 = 23,77 kvar
Atsakymas
QC = 23,77 kvar
17.Trifazė galia
Atsakymas: P = 41,83 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 = √3·690·50 = 59,76 kVA
Aktyvioji galia
P = S·cos φ = 59,76·0,7 = 41,83 kW
Atsakymas
P = 41,83 kW
18.Trifazė galia
Atsakymas: QC = 50,56 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 0,8) = 120·0,75 = 90 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,95) = 120·0,3287 = 39,44 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 50,56 kvar
Atsakymas
QC = 50,56 kvar
19.Transformatoriai
Atsakymas: IHV = 31,25 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 = 15000/480 = 31,25 A
Atsakymas
IHV = 31,25 A
20.Transformatoriai
Atsakymas: Pcu,fl = 1379 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 = 100·0,85 = 85 kW
Pin = 85000/0,975 = 87179 W
Bendri ir vario nuostoliai
Ploss = 87179 − 85000 = 2179 W
Pcu,fl = 2179 − 800 = 1379 W
Atsakymas
Pcu,fl = 1379 W
21.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: Vout = 5,7 V
Idealaus operacinio stiprintuvo taisyklės: esant neigiamajam grįžtamajam ryšiui, stiprintuvas nustato išėjimą taip, kad abiejų įėjimų įtampa būtų vienoda (V₋ = V₊), ir į nė vieną įėjimą srovė neteka. KSD invertuojančiajame įėjime su šiais dviem faktais duoda išėjimą.
Invertuojantysis įėjimas seka įėjimą
V₋ = V₊ = 1,9 V
I = V₋/R1 = 1,9/1 = 1,9 mA
Išėjimo įtampa
Srovė per R₁ teka ir per Rf.
Vout = V₋ + I·Rf = 1,9 + 1,9·2 = 5,7 V
Atsakymas
Vout = 5,7 V
22.Operacinių stiprintuvų grandinės
Atsakymas: Vout = −0,28 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.
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.
Patikrinimas: VCE = 5,244 V gerokai viršija 0,2 V, todėl tranzistorius iš tikrųjų veikia aktyviojoje srityje.
24.Diodai ir tranzistoriai
Atsakymas: RB = 3,305 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) = (12 − 0,2)/150 = 78,67 mA
Mažiausia bazės srovė
IB(min) = IC(sat)/β = 78,67/100 = 786,7 µA
Bazės rezistorius
RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/0,7867 mA = 3,305 kΩ
Atsakymas
RB = 3,305 kΩ
Bet kuris mažesnis bazės rezistorius taip pat įsotina tranzistorių; praktikoje parenkamas kelis kartus mažesnis.
25.Skaičiavimo sistemos
Atsakymas: U = 190
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
66 = 0100 0010
invertuota: 1011 1101
+1 → 1011 1110
Perskaitykite be ženklo
1011 1110₂ = 256 − 66 = 190
Atsakymas
U = 190
26.Skaičiavimo sistemos
Atsakymas: R = 138
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 1 perkelia kiekvieną bitą 1 pozicijomis į kairę; bitai, iškritę iš kairiojo galo, prarandami, o dešinėje įeina nuliai.
0100 0101 << 1
= 1000 1010
Rezultato reikšmė
1000 1010₂ = 138
Atsakymas
R = 138
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Atsakymas: L = 9
Karno žemėlapiai: langeliai išdėstyti Grejaus kodu (00, 01, 11, 10), todėl gretimi langeliai, įskaitant esančius per kraštus, skiriasi tiksliai vienu kintamuoju. Sugrupuokite vienetus į 1, 2, 4, 8 arba 16 langelių stačiakampius, kuo didesnius ir kuo mažiau, kol bus padengtas kiekvienas vienetas. Kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys: kintamieji, kurie joje nesikeičia. 2ᵏ langelių grupė netenka k kintamųjų. Nesvarbias reikšmes (X) galima naudoti grupėms didinti, bet jų dengti nebūtina. Grupuojant nulius, gaunama minimali POS forma.
Sugrupuokite vienetus
Kiekviena grupė yra 2ᵏ langelių stačiakampis; kraštiniai langeliai yra priešingo krašto langelių kaimynai.
BC
AC
AB
A′B′C′
Minimali SOP forma
F = BC + AC + AB + A′B′C′
L = 9
Atsakymas
L = 9
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai
Atsakymas: Q = 15
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.
Būsena po kiekvieno fronto
0000 → 1000 → 1100 → 1110 → 1111
Dešimtainė reikšmė
1111₂ = 15
Atsakymas
Q = 15
29.Laplaso transformacijos
Atsakymas: f(0.6) = 1,084
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
3s + 7 = 3(s + 2) + 1
F(s) = 3/(s + 2) + 1/(s + 2)²
Atvirkštinė transformacija
f(t) = 3·e−2t + t·e−2t
f(0,6) = (3 + 1·0,6)·e−2·0,6 = 1,084
Atsakymas
f(0,6) = 1,084
30.Laplaso transformacijos
Atsakymas: y(0.2) = 0,6107
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) = 54/(s(s + 3)(s + 6))
Paprastosios trupmenos
A = 54/(3·6) = 3
B = 54/((−3)·3) = −6
C = 54/((−6)·(−3)) = 3
Išskirta
y(t) = 3 − 6·e−3t + 3·e−6t
y(0,2) = 0,6107
Atsakymas
y(0,2) = 0,6107
31.Struktūrinės schemos
Atsakymas: T(0) = 0,8819
Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).
Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).
Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).
Palyginkite su standartine forma
Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².
ωₙ² = 22 → ωₙ = 4,69 rad/s
2ζωₙ = 5 → ζ = 5/(2·4,69) = 0,533
Rezultatas
ζ = 0,533
Atsakymas
ζ = 0,533
34.Šuolinė reakcija
Atsakymas: ζ = 0,7797
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).
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta
Atsakymas: Kmax = 12
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 + 4s² + 3s + K = 0
Raucho lentelė
s³: 1, 3
s²: 4, K
s¹: (4·3 − K)/4
s⁰: K
Sąlygos
Kiekvienas pirmojo stulpelio elementas turi būti teigiamas.
K > 0
4·3 − K > 0 → K < 12
Atsakymas
Kmax = 12
Kai K = 12, uždarasis kontūras svyruoja dažniu ω = √3 = 1,732 rad/s.
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta
Atsakymas: K = 4
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 + 6)(s + 10), duoda 2s + 16 = 0.
sb = −8
Modulio sąlyga
K = |−8 + 6|·|−8 + 10| = 2·2 = 4
Atsakymas
K = 4
Su šiuo stiprinimu uždarasis kontūras yra kritiškai slopinamas (ζ = 1).
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas
Atsakymas: K = 500
Nusistovėjusioji paklaida: vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre, kurio atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra G(s), paklaida yra E(s) = R(s)/(1 + G(s)), o pagal galutinės reikšmės teoremą ess = lims→0 s·E(s). Sistemos tipas yra G(s) polių ties s = 0 skaičius. Paklaidos konstantos yra Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) ir Ka = lim s²·G(s), visos kai s → 0. A dydžio šuolis duoda ess = A/(1 + Kp), rampa A·t duoda A/Kv, o parabolė A·t²/2 duoda A/Ka. 0 tipo kontūras šuolį seka su baigtine paklaida, 1 tipo kontūras seka jį tiksliai, o rampą – su baigtine paklaida.
Reikiama greičio konstanta
Kv = A/ess = 5/0,02 = 250
Stiprinimas
K = 2·Kv = 500
Atsakymas
K = 500
Didelis stiprinimas šį kontūrą padaro labai silpnai slopinamą: ζ = 0,04472. Dėl šios prieštaros naudojami kompensatoriai.
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas
Atsakymas: Kd = 0,1 s
P, PI ir PID valdymas: reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s veikia pagal paklaidą. Proporcinis stiprinimas pagreitina kontūrą ir sumažina 0 tipo objekto paklaidą, bet niekada jos nepanaikina. Integralinis narys prideda polių ties s = 0: sistemos tipas padidėja vienetu, o šuolis seka be paklaidos. Diferencialinis narys prideda slopinimo. Norėdami parinkti stiprinimus, užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir palyginkite jį su s² + 2ζωns + ωn². Tuomet %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, kur ωd = ωn√(1 − ζ²), o ts ≈ 4/(ζωn).
Charakteristinis daugianaris
s(s + 3) + 2(2 + Kds) = s² + (3 + 2Kd)s + 4
Savasis dažnis
ωₙ = √4 = 2 rad/s
Diferencialinis stiprinimas
3 + 2Kd = 2·0,8·2 = 3,2
Kd = 0,1 s
Atsakymas
Kd = 0,1 s
Diferencialinis narys prideda slopinimo nekeisdamas ωₙ.
Tai savarankiška mokymosi medžiaga. ExamProblems nėra susijusi su šį egzaminą organizuojančia institucija ir jos nėra patvirtinta, o egzamino pavadinimas naudojamas tik turiniui apibūdinti. FE exam egzaminą rengia NCEES, kuri nėra susijusi su ExamProblems ir jo neremia.