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​ = 8 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​10 ΩAR4​2 ΩB

Raskite šaltinio tiekiamą srovę IR1, tekančią per R1.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 Ω
IR1 = A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 6 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAR4​10 ΩBR6​8 Ω

Raskite šaltinio tiekiamą srovę IR1, tekančią per R1.

V1 = 36 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 ΩR5 = 25 ΩR6 = 8 Ω
IR1 = A
3.Mazgų potencialų metodasVidutinis
R1​6 Ω+−V1​6 VI1​R2​20 Ω+−V2​15 VR3​6 ΩA

Tarp mazgo A ir įžeminimo prijungtos trys šakos, kaip pavaizduota. Mazgų potencialų metodu raskite srovę I1 šakoje 1, tekančią aukštyn į mazgą A rodyklės kryptimi.

V1 = 6 VR1 = 6 ΩV2 = 15 VR2 = 20 ΩR3 = 6 Ω
I1 = A
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
R1​ = 12 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 3 ΩIR4​+−V1​10 VR3​25 ΩAR5​20 ΩBIs​6 A−+V2​15 V

Taikykite mazgų potencialų metodą ir raskite srovę IR4 per R4 rodyklės kryptimi.

V1 = 10 VIs = 6 AV2 = 15 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 25 ΩR4 = 3 ΩR5 = 20 Ω
IR4 = A
5.Kontūrų srovių metodasVidutinis
R1​ = 2 ΩR2​ = 3 Ω+−VR2​+−V1​30 VR3​15 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite įtampą VR2 ant R2 su pažymėtu poliškumu.

V1 = 30 VV2 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 Ω
VR2 = V
6.Kontūrų srovių metodasSunkus
R1​ = 10 ΩR2​ = 4 ΩIR2​R3​ = 12 Ω+−V1​6 VR4​20 ΩAR5​3 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

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

V1 = 6 VV2 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 20 ΩR5 = 3 Ω
IR2 = A
7.SuperpozicijaVidutinis
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 ΩIR3​+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​8 ΩBIs​?

Raskite srovės šaltinio Is vertę (kryptis kaip pavaizduota), kuriai esant srovė IR3 per R3 lygi nuliui.

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 8 Ω
Is = A
8.SuperpozicijaSunkus
R1​ = 4 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 ΩIR4​+−V1​10 VR3​2 ΩAIs​6 AB+−V2​24 V

Taikykite superpozicijos principą ir raskite srovę IR4 per R4 rodyklės kryptimi.

V1 = 10 VIs = 6 AV2 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 30 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 Ω
IR4 = A
9.Teveninas ir NortonasVidutinis
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩARL​10 ΩIL​B

Prie a–b prijungta apkrova RL = 10 Ω. Likusią grandinės dalį pakeiskite Tevenino ekvivalentu ir raskite apkrovos srovę IL.

V1 = 12 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 ΩRL = 10 Ω
IL = A
10.Teveninas ir NortonasSunkus
R1​ = 6 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAIs​1 ABab

Raskite Nortono srovę IN: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.

V1 = 24 VIs = 1 AR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 30 Ω
IN = A
11.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
+−Vs​30 Vt = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 6,8 kΩC22 µF+−vC​

Šaltinis Vₛ per R₁ krauna kondensatorių, o R₂ prijungtas lygiagrečiai su C. Kondensatorius neįkrautas, kai jungiklis užsidaro momentu t = 0. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 25 ms.

Vs = 30 VR1 = 3,3 kΩR2 = 6,8 kΩC = 22 µFt = 25 ms
vC = V
12.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Laikmatis momentu t = 0 pradeda krauti neįkrautą kondensatorių per rezistorių iš 12 V šaltinio. Jis turi suveikti, kai kondensatoriaus įtampa pasiekia 6 V, lygiai po 50 ms nuo pradžios. Kai C = 47 µF, raskite reikiamą varžą R.

Vs = 12 VVth = 6 VT = 50 msC = 47 µF
R = kΩ
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
10 V50 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 47 µFI

Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 10 V (efektinė), 50 Hz maitinimo. Raskite efektinę srovę I.

V = 10 V (rms)f = 50 HzR = 10 ΩL = 150 mHC = 47 µF
I = A
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
VfR = 20 ΩL = 20 mHC = 10 µF

Nuoseklios RLC grandinės R = 20 Ω, L = 20 mH ir C = 10 µF. Raskite jos praleidžiamųjų dažnių juostos plotį B (juostos tarp pusinės galios dažnių plotį) Hz.

R = 20 ΩL = 20 mHC = 10 µF
B = Hz
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
240 V125 kW, 0,6225 kW, 0,85I

Dvi apkrovos lygiagrečiai prijungtos prie 240 V vienfazio tinklo: 25 kW apkrova, kurios galios koeficientas 0,6 (induktyvus), ir 25 kW apkrova, kurios galios koeficientas 0,85 (talpinis). Raskite bendrą tinklo matomą galios koeficientą cos φ.

V = 240 VP1 = 25 kW, pf1 = 0,6 induktyvusP2 = 25 kW, pf2 = 0,85 talpinis
cos φ =
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
P = 15 kWQ1​S1​φ1​QC​

Vienfazė apkrova iš 400 V, 60 Hz tinklo ima 15 kW, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Lygiagrečiai prijungtas kondensatorius padidina galios koeficientą iki 0,92. Raskite naują linijos srovę Inew.

P = 15 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92V = 400 Vf = 60 Hz
Inew = A
17.Trifazė galiaVidutinis
ABCVL​ = 480 VIL​ = ?M45 kW, η = 94%cos φ = 0,8

Trifazis asinchroninis variklis esant vardinei apkrovai tiekia 45 kW mechaninės galios. Esant šiai apkrovai jo naudingumo koeficientas 94%, o galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Tinklo linijinė įtampa 480 V. Raskite linijinę srovę IL.

Pout = 45 kWη = 94%cos φ = 0,8VL = 480 V
IL = A
18.Trifazė galiaSunkus
P = 80 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Simetrinė trifazė apkrova iš 480 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 80 kW, kai galios koeficientas 0,7 (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 = 80 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,95VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
19.TransformatoriaiVidutinis
RL​ = 5 Ω41960 VV2​I1​ = ?I2​

Idealaus transformatoriaus, kurio transformacijos koeficientas N₁:N₂ = 4:1, pirminei apvijai prijungta 960 V įtampa. Prie antrinės apvijos prijungtas 5 Ω rezistorius. Raskite pirminę srovę I1.

N1:N2 = 4:1V1 = 960 VRL = 5 Ω
I1 = A
20.TransformatoriaiSunkus
25 kVA

Vienfazio 25 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 100 W, o vario nuostoliai esant vardinei apkrovai – 250 W. Esant kokiai apkrovai Sη,max kVA jo naudingumo koeficientas didžiausias?

S = 25 kVAPcore = 100 WPcu,fl = 250 W
Sη,max = kVA
21.Operacinių stiprintuvų grandinėsVidutinis
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 2 kΩVin​

Parinkite grįžtamojo ryšio rezistorių Rf, kad šio neinvertuojančiojo stiprintuvo įtampos stiprinimas būtų 8.

R1 = 2 kΩAv = 8
Rf = kΩ
22.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = −0,3 VR1​ = 22 kΩV2​ = −0,8 VR2​ = 4,7 kΩ

Sumuojantysis stiprintuvas naudoja idealų operacinį stiprintuvą, maitinamą ±15 V. Raskite išėjimo įtampą Vout.

V1 = −0,3 VV2 = −0,8 VR1 = 22 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
23.Diodai ir tranzistoriaiVidutinis
RC​ = 1 kΩβ = 100RE​ = 470 ΩVCC​ = 18 VR1​ = 56 kΩR2​ = 12 kΩ

NPN tranzistoriaus, kurio β = 100, darbo taškas nustatomas įtampos dalikliu iš VCC = 18 V: R₁ = 56 kΩ nuo VCC iki bazės ir R₂ = 12 kΩ nuo bazės iki įžeminimo. Kolektoriaus rezistorius RC = 1 kΩ, emiterio rezistorius RE = 470 Ω. Imkite VBE = 0,7 V ir naudokite daliklio Tevenino ekvivalentą (bazės srovės nepaisyti negalima). Raskite kolektoriaus–emiterio įtampą VCE.

VCC = 18 VR1 = 56 kΩR2 = 12 kΩRC = 1 kΩRE = 470 Ωβ = 100
VCE = V
24.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
+−≥ 18 VR = ?6,2 V≤ 10 mA

6,2 V Zenerio stabilizatorius turi tiekti iki 10 mA apkrovai. Įėjimo įtampa gali nukristi iki 18 V, o Zenerio diodui stabilizuoti reikia bent 2 mA. Raskite didžiausią nuosekliąją varžą Rmax, su kuria jis dar stabilizuoja.

Vin,min = 18 VVZ = 6,2 VIL,max = 10 mAIZ,min = 2 mA
Rmax = Ω
25.Skaičiavimo sistemosVidutinis
8 bitų papildomasis kodas0−12806403201608040201

Nustatykite bitus, kad jie saugotų −7 8 bitų dvejetainiu papildomuoju kodu. Skaitant kaip skaičių be ženklo, kokia šablono reikšmė U?

N = −78 bit
U =
26.Skaičiavimo sistemosSunkus
329 kodai, b = ? bitų?2ᵇ⁻¹…?4?2?1

Sistema kiekvienam iš 329 elementų turi suteikti atskirą tokio pat ilgio dvejetainį kodą. Kiek mažiausiai bitų b reikia?

329
b = bit
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
ABCD000111100001111000011312041517061120131150140819111010

Karno žemėlapiu raskite minimalią F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 5, 7, 9, 11, 12, 15) sandaugų sumos (SOP) formą. Kiek sandaugos narių N ji turi?

F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 5, 7, 9, 11, 12, 15)
N =
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
CLKJK12345678

Kylančiuoju frontu valdomas JK trigeris pradeda nuo Q = 0 ir gauna parodytus įėjimus 8 kylančiaisiais taktinio signalo frontais. Kiek kartų N Q keičia būseną?

Q₀ = 0JK
N =
29.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,5f(0,5) = ?

Paprastosiomis trupmenomis raskite f(t), kai F(s) = 15/(s(s + 2)(s + 5)), ir apskaičiuokite f(0,5).

F(s) = 15/(s(s + 2)(s + 5))t = 0,5 s
f(0.5) =
30.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,3y(0,3) = ?

Laplaso transformacija išspręskite y″ + 7y′ + 12y = 0, kai y(0) = 5 ir y′(0) = −12, ir raskite y(0,3).

y″ + 7y′ + 12y = 0y(0) = 5y′(0) = −12t = 0,3 s
y(0.3) =
31.Struktūrinės schemosVidutinis
R(s)+22s + 4G(s)C(s)2H−

Objektas G(s) = 22/(s + 4) valdomas neigiamo grįžtamojo ryšio kontūru, kurio jutiklio stiprinimas H = 2. Raskite uždarosios sistemos laiko pastovią τ.

G(s) = 22/(s + 4)H = 2
τ = s
32.Struktūrinės schemosSunkus
R(s)+58s(s + 7)G(s)C(s)0,5H−

Objektas G(s) = 58/(s(s + 7)) įtrauktas į neigiamo grįžtamojo ryšio kontūrą su jutiklio stiprinimu H = 0,5. Uždarosios sistemos poliai kompleksiniai. Raskite jų menamąją dalį ωd (teigiamą vertę) rad/s.

G(s) = 58/(s(s + 7))H = 0,5
ωd = rad/s
33.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)1ts​ = ?

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 37/(s² + 4s + 37), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos 2 % nusistovėjimo laiką ts, naudodami ts ≈ 4/(ζωₙ).

G(s) = 37/(s² + 4s + 37)
ts = s
34.Šuolinė reakcijaSunkus
+−10 VR = 316 ΩL = 100 mHC = 1 µFvC​

Nuosekli RLC grandinė, kurios R = 316 Ω, L = 100 mH ir C = 1 µF, prijungiama prie 10 V šuolio, kai t = 0. Kondensatorius neįkrautas, prieš šuolį srovė neteka. Raskite didžiausią kondensatoriaus įtampą vC,max.

R = 316 ΩL = 100 mHC = 1 µFV = 10 V
vC,max = V
35.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
vin​R = 22 ΩL = 22 mHvout​

Parodytas RL aukštųjų dažnių filtras turi R = 22 Ω, L = 22 mH. Taikoma sinusinė įvestis 480 Hz. Raskite vout fazės poslinkį φ vin atžvilgiu laipsniais.

R = 22 ΩL = 22 mHf = 480 Hz
φ = °
36.Bode grafikai ir atsargosSunkus
|H| (dB)0,10,1111010100100−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−180−135−90−450ωc​

Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 10,4/(s(s + 4)). Raskite fazės atsargą PM laipsniais.

L(s) = 10,4/(s(s + 4))
PM = °
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaVidutinis
R(s)+Ks + 10s(s + 2)(s + 3)C(s)−

Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre L(s) = K(s + 10)/(s(s + 2)(s + 3)), kai K > 0. Raskite didžiausią stiprinimą Kmax, su kuriuo uždarasis kontūras yra stabilus.

L(s) = K(s + 10)/(s(s + 2)(s + 3))
Kmax =
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaSunkus
ReIm−1−2−3−4−5−6j1

Kontūro L(s) = K/(s(s + 4)(s + 5)) šaknų geometrinė vieta palieka realiąją ašį tarp s = 0 ir s = −4. Raskite atsiskyrimo tašką sb.

L(s) = K/(s(s + 4)(s + 5))
sb =
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
r(t) = 1t+Ks(s + 1)C(s)−

Vienetinio grįžtamojo ryšio kontūras, kurio G(s) = K/(s(s + 1)), turi sekti rampą r(t) = 1t su 0,2 nusistovėjusiąja paklaida. Raskite stiprinimą K.

G(s) = K/(s(s + 1))r(t) = 1tess = 0,2
K =
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+8 + Kd​s5s(s + 1)C(s)−

PD reguliatorius C(s) = 8 + Kd·s valdo objektą G(s) = 5/(s(s + 1)) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Raskite diferencialinį stiprinimą Kd, kuriam esant uždarojo kontūro slopinimo koeficientas yra ζ = 0,5.

G(s) = 5/(s(s + 1))Kp = 8ζ = 0,5
Kd = s

3Tirpalai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR1 = 2,211 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​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​24 VR2​10 ΩAR4​2 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 = 2 + 2 = 4 Ω
R2 ∥ 4 = 10·4/(10+4) = 2,857 Ω
Req = R1 + 2,857 = 8 + 2,857 = 10,86 Ω

Šaltinio srovė

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

IR1 = V1/Req = 24/10,86 = 2,211 A

Atsakymas

IR1 = 2,211 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR1 = 2,385 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​ = 12 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAR4​10 ΩBR6​8 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 = 25 + 8 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 7,674 Ω
R3 + 7,674 = 13,67 Ω
R2 ∥ 13,67 = 3,095 Ω
Req = R1 + 3,095 = 12 + 3,095 = 15,09 Ω

Šaltinio srovė

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

IR1 = V1/Req = 36/15,09 = 2,385 A

Atsakymas

IR1 = 2,385 A
3.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: I1 = 0,2391 A

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

Kirchhofo srovių dėsnis mazge A

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

(VA − 6)/6 + (VA − 15)/20 + VA/6 = 0

Raskite VA

VA = (6/6 + 15/20 + 0/6) / (1/6 + 1/20 + 1/6) = 1,75/0,3833 = 4,565 V

Šakos srovė

Rodyklė šakoje nukreipta aukštyn, į mazgą A.

I1 = (6 − VA)/R1 = (6 − 4,565)/6 = 0,2391 A

Atsakymas

I1 = 0,2391 A

Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.

4.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: IR4 = 6,133 A

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

R1​ = 12 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​10 VR3​25 ΩAR5​20 ΩBIs​6 A−+V2​15 V

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/25 + (VA − 10)/12 + (VA − VB)/3 = 0
0,4567·VA − 0,3333·VB = 0,8333

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/20 + (VB − VA)/3 + (VB − (−15))/3 = 6
−0,3333·VA + 0,7167·VB = 1

Išspręskite

Δ = (0,4567)(0,7167) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,2162
VA = Δ1/Δ = 0,9306/0,2162 = 4,305 V
VB = Δ2/Δ = 0,7344/0,2162 = 3,398 V

Atsakymas

IR4 = (VB − V2)/R4 = (3,398 − −15)/3 = 6,133 A
5.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: VR2 = 10,37 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​ = 2 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​30 VR3​15 ΩA+−V2​10 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
2·I1 + 15(I1 − I2) = 30
17·I1 − 15·I2 = 30

KĮD kontūre 2

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
3·I2 + 15(I2 − I1) = (−10)
−15·I1 + 18·I2 = −10

Išspręskite

Δ = (17)(18) − (−15)(−15) = 81
I1 = Δ1/Δ = 390/81 = 4,815 A
I2 = Δ2/Δ = 280/81 = 3,457 A

Atsakymas

IR2 = I2 = 3,457 A
VR2 = IR2·R2 = 3,457·3 = 10,37 V

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

6.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: IR2 = 0,1531 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​ = 10 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR4​20 ΩAR5​3 ΩB+−V2​10 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
10·I1 + 20(I1 − I2) = 6
30·I1 − 20·I2 = 6

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
4·I2 + 20(I2 − I1) + 3(I2 − I3) = 0
−20·I1 + 27·I2 − 3·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
12·I3 + 3(I3 − I2) = (−10)
−3·I2 + 15·I3 = −10

Išspręskite

Δ = koeficientų matricos determinantas = 5880
I1 = Δ1/Δ = 1776/5880 = 0,302 A
I2 = Δ2/Δ = 900/5880 = 0,1531 A
I3 = Δ3/Δ = −3740/5880 = −0,6361 A

Atsakymas

IR2 = I2 = 0,1531 A

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

7.Superpozicija

Atsakymas: Is = 1,125 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.

R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​8 ΩBATVIRA

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 = 20+8 = 28 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·28/(6+28) = 4,941 Ω
VA = 24·4,941/(10+4,941) = 7,937 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 7,937·8/28 = 2,268 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (7,937 − 2,268)/20 = 0,2835 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.

R1 ∥ R2 = 3,75 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·8/31,75 = −0,252·Is

Prilyginkite sumą nuliui

IR3′ + IR3″ = 0,2835 − 0,252·Is = 0
Is = 0,2835/0,252 = 1,125 A

Atsakymas

Is = 1,125 A
8.Superpozicija

Atsakymas: IR4 = −6,26 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.

R1​ = 4 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​10 VR3​2 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) = 2 ∥ 32 = 1,882 Ω
VA = 10·1,882/(4+1,882) = 3,2 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,2·2/32 = 0,2 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (0,2 − 0)/2 = 0,1 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​2 ΩAIs​6 ABTRUMPAS JUNGIMAS

2 atvejis · veikia tik Is

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

R1 ∥ R3 = 1,333 Ω, todėl kairysis kelias yra R2+1,333 = 31,33 Ω
Req = R4 ∥ 31,33 = 1,88 Ω
VB = Is·Req = (−6)·1,88 = −11,28 V
VA = VB·1,333/31,33 = −0,48 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (−11,28 − 0)/2 = −5,64 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 2 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​2 ΩAATVIRAB+−V2​24 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 = 4·2/(4+2) = 1,333 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 24·31,33/33,33 = 22,56 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 22,56·1,333/31,33 = 0,96 V
IR4‴ = (VB − V2)/R4 = (22,56 − 24)/2 = −0,72 A

Sudėkite dedamąsias

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴
IR4 = 0,1 + (−5,64) + (−0,72) = −6,26 A

Neigiamas rezultatas reiškia, kad iš tikrųjų srovė teka prieš rodyklę.

9.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: IL = 0,411 A

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

R1​ = 4 ΩR3​ = 4 ΩTRUMPAS JUNGIMASR2​5 ΩAabRth​

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

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

R1 ∥ R2 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,222 + 4 = 6,222 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​5 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) = 12·5/(4+5) = 6,667 V
Rth​ = 6,222 Ω+−Vth​6,667 VRL​10 ΩIL​

Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento

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

IL = Vth/(Rth + RL) = 6,667/(6,222 + 10) = 0,411 A
10.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: IN = −0,5897 A

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

R1​ = 6 ΩR3​ = 30 ΩTRUMPAS JUNGIMASR2​8 ΩAATVIRABabRth​

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

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

R1 ∥ R2 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,429 + 30 = 33,43 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAIs​1 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) = 13,71 + (−1)·3,429 = 10,29 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 10,29 + (−1)·30 = −19,71 V
IN​0,5897 ARth​33,43 Ωab

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 = −19,71/33,43 = −0,5897 A
11.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: vC = 8,087 V

Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.

Kondensatoriaus matomas Tevenino ekvivalentas

Šaltinį trumpai sujunkite, kad rastumėte Rth; kondensatorių atjunkite, kad rastumėte įtampą, iki kurios jis nusistovės.

Rth = R1 ∥ R2 = 3,3·6,8/(3,3 + 6,8) = 2,222 kΩ
vC(∞) = 30·6,8/(3,3 + 6,8) = 20,2 V

Laiko konstanta

τ = Rth·C = 2,222·22 = 48,88 ms

Įkrovimo kreivė

vC(t) = 20,2·(1 − e−25/48,88) = 8,087 V

Atsakymas

vC = 8,087 V
12.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: R = 1,535 kΩ

Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.

Reikiama laiko konstanta

6 = 12·(1 − e−50/τ) → τ = 50/ln(12/(12 − 6))
τ = 50/0,6931 = 72,13 ms

Varža

kΩ kart µF duoda milisekundes.

R = τ/C = 72,13/47 = 1,535 kΩ

Atsakymas

R = 1,535 kΩ
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: I = 0,4367 A

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

Reaktyviosios varžos

ω = 2πf = 2π·50 = 314,2 rad/s
XL = ωL = 314,2·0,15 = 47,12 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(314,2·47·10⁻⁶) = 67,73 Ω

Pilnutinė varža

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(10² + (−20,6)²) = 22,9 Ω

Srovė

Visais nuoseklios grandinės elementais teka ta pati srovė.

I = V/|Z| = 10/22,9 = 0,4367 A

Atsakymas

I = 0,4367 A
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: B = 159,2 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|.

Rezonansinis dažnis

f0 = 1/(2π·√(0,02·10·10⁻⁶)) = 355,9 Hz

Kokybės faktorius

Q palygina reaktyviąją varžą rezonanso metu su varža: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/20)·√(0,02/(10·10⁻⁶)) = 2,236

Juostos plotis

B = f0/Q = 355,9/2,236 = 159,2 Hz

Atsakymas

B = 159,2 Hz
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: cos φ = 0,9418

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.

Kiekvienos apkrovos reaktyvioji galia

Induktyvioji apkrova reaktyviąją galią ima (Q > 0); talpinė ją tiekia (Q < 0).

Q1 = 25·tan(arccos 0,6) = 33,33 kvar
Q2 = −25·tan(arccos 0,85) = −15,49 kvar

Sumos

P = 25 + 25 = 50 kW
Q = 33,33 + (−15,49) = 17,84 kvar
S = √(50² + 17,84²) = 53,09 kVA

Bendras galios koeficientas

cos φ = P/S = 50/53,09 = 0,9418 induktyvus

Atsakymas

cos φ = 0,9418
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: Inew = 40,76 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.

Reaktyvioji galia prieš ir po

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

Q1 = P·tan φ1 = 15·tan(36,87°) = 11,25 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 15·tan(23,07°) = 6,39 kvar
QC = Q1 − Q2 = 4,86 kvar

Nauja linijos srovė

Inew = P/(V·cos φ2) = 15000/(400·0,92) = 40,76 A

Atsakymas

Inew = 40,76 A
17.Trifazė galia

Atsakymas: IL = 71,98 A

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

Naudojama elektrinė galia

Pin = Pout/η = 45/0,94 = 47,87 kW

Linijos srovė

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 47872/(√3·480·0,8) = 71,98 A

Atsakymas

IL = 71,98 A
18.Trifazė galia

Atsakymas: QC = 55,32 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 = 80·tan(acos 0,7) = 80·1,02 = 81,62 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0,95) = 80·0,3287 = 26,29 kvar

Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia

QC = Q1 − Q2 = 55,32 kvar

Atsakymas

QC = 55,32 kvar
19.Transformatoriai

Atsakymas: I1 = 12 A

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

Antrinė įtampa ir srovė

V2 = 960/4 = 240 V
I2 = 240/5 = 48 A

Pirminė srovė

Idealus transformatorius neturi nuostolių: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/4 = 12 A

Atsakymas

I1 = 12 A

Patikrinimas: iš pirminės pusės matoma apkrova yra a²·RL = 80 Ω, o 960/80 duoda tą pačią srovę.

20.Transformatoriai

Atsakymas: Sη,max = 15,81 kVA

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 lygūs šerdies nuostoliams

x²·250 = 100 → x = √(100/250) = 0,6325

Apkrova esant didžiausiam naudingumo koeficientui

Sη,max = x·S = 0,6325·25 = 15,81 kVA

Atsakymas

Sη,max = 15,81 kVA
21.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: Rf = 14 kΩ

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.

Neinvertuojančiojo stiprintuvo stiprinimas

V₋ = V₊ = Vin, o srovė per R₁ teka ir per Rf, todėl Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (8 − 1)·2 = 14 kΩ

Atsakymas

Rf = 14 kΩ
22.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: Vout = 0,8641 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 srovės

V₋ = 0, todėl ant kiekvieno įėjimo rezistoriaus yra visa jo įėjimo įtampa.

I1 = V1/R1 = −0,3/22 = −0,01364 mA
I2 = V2/R2 = −0,8/4,7 = −0,1702 mA
If = I1 + I2 = −0,1838 mA

Išėjimo įtampa

Vout = −Rf·If = −4,7·(−0,1838) = 0,8641 V

Atsakymas

Vout = 0,8641 V
23.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: VCE = 11,63 V

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 = 18·12/(56 + 12) = 3,176 V
RTH = 56·12/(56 + 12) = 9,882 kΩ

Bazės srovė

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

IB = (3,176 − 0,7)/(9,882 + 101·0,47) = 43,18 µA

Kolektoriaus srovė

IC = 100·43,18 µA = 4,318 mA
IE = 101·43,18 µA = 4,361 mA

Kolektoriaus–emiterio įtampa

VCE = 18 − 4,318·1 − 4,361·0,47 = 11,63 V

Atsakymas

VCE = 11,63 V
24.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: Rmax = 983,3 Ω

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

Blogiausio atvejo srovė

IR = 10 + 2 = 12 mA

Didžiausia varža

Rmax = 11,8/0,012 = 983,3 Ω

Atsakymas

Rmax = 983,3 Ω
25.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: U = 249

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

7 = 0000 0111
invertuota: 1111 1000
+1 → 1111 1001

Perskaitykite be ženklo

1111 1001₂ = 256 − 7 = 249

Atsakymas

U = 249
26.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: b = 9 bit

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.

Dvejeto laipsniai

28 = 256 < 329
29 = 512 ≥ 329

Atsakymas

b = 9
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.

ABCD000111100001111000011312041517061120131150140819111010

Sugrupuokite vienetus

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

CD
A′BD
AB′D
A′B′C
ABC′D′

Minimali SOP forma

F = CD + A′BD + AB′D + A′B′C + ABC′D′
N = 5

Atsakymas

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

Atsakymas: N = 5

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.

Q po kiekvieno fronto

JK trigeris: 00 išlaiko, 01 nustato į 0 (Q = 0), 10 nustato į 1 (Q = 1), 11 perjungia.

1: J = 1, K = 0 → Q = 1
2: J = 0, K = 1 → Q = 0
3: J = 0, K = 0 → Q = 0
4: J = 1, K = 0 → Q = 1
5: J = 1, K = 1 → Q = 0
6: J = 0, K = 1 → Q = 0
7: J = 0, K = 1 → Q = 0
8: J = 1, K = 1 → Q = 1

Suskaičiuokite pokyčius

0 → 1 → 0 → 0 → 1 → 0 → 0 → 0 → 1
N = 5

Atsakymas

N = 5
29.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.5) = 0,6624

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).

Paprastosios trupmenos

F(s) = A/s + B/(s + 2) + C/(s + 5)
A = 15/(2·5) = 1,5
B = 15/((−2)·3) = −2,5
C = 15/((−5)·(−3)) = 1

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 1,5 − 2,5·e−2t + e−5t

Apskaičiuokite

f(0,5) = 1,5 − 2,5·e−2·0,5 + e−5·0,5 = 0,6624

Atsakymas

f(0,5) = 0,6624
30.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.3) = 2,349

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

Transformuokite lygtį

s²Y − 5s − (−12) + 7(sY − 5) + 12Y = 0
Y(s) = (5s + 23)/((s + 3)(s + 4))

Paprastosios trupmenos

A = 8/1 = 8
B = 3/(−1) = −3

Rezultatas

y(t) = 8·e−3t − 3·e−4t
y(0,3) = 2,349

Atsakymas

y(0,3) = 2,349

Patikra: y(0) = A + B = 5.

31.Struktūrinės schemos

Atsakymas: τ = 0,02083 s

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

Uždarosios sistemos perdavimo funkcija

T(s) = G/(1 + G·H) = 22/(s + 4 + 44) = 22/(s + 48)

Rezultatas

τ = 1/48 = 0,02083 s

Atsakymas

τ = 0,02083 s
32.Struktūrinės schemos

Atsakymas: ωd = 4,093 rad/s

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

Charakteringoji lygtis

s(s + 7) + 58·0,5 = 0 → s² + 7s + 29 = 0

Šaknys

s = −3,5 ± j·√(29 − 12,25) = −3,5 ± j4,093
ωd = 4,093 rad/s

Atsakymas

ωd = 4,093 rad/s
33.Šuolinė reakcija

Atsakymas: ts = 2 s

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

Palyginkite su standartine forma

Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 37 → ωₙ = 6,083 rad/s
2ζωₙ = 4 → ζ = 4/(2·6,083) = 0,3288

Rezultatas

ζωₙ = 2 → ts ≈ 4/2 = 2 s

Atsakymas

ts = 2 s
34.Šuolinė reakcija

Atsakymas: vC,max = 11,63 V

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

Savasis dažnis ir slopinimo koeficientas

ωₙ = 1/√(LC) = 1/√(0,1·1 × 10⁻⁶) = 3162 rad/s
ζ = (R/2)·√(C/L) = (316/2)·√(1 × 10⁻⁶/0,1) = 0,4996

Rezultatas

%OS = 16,33 %
vC,max = 10·(1 + 0,1633) = 11,63 V

Atsakymas

vC,max = 11,63 V
35.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: φ = 18,34 °

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 = R/L = 22/0,022 = 1000 rad/s
fc = 159,2 Hz → f/fc = 480/159,2 = 3,016

Fazė

φ = 90° − atan(3,016) = 18,34°

Atsakymas

φ = 18,34°
36.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: PM = 60,5 °

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 + 16ω² − 108,2 = 0
ω² = (−16 + √(256 + 4·108,2))/2 = 5,121
ωc = 2,263 rad/s

Fazės atsarga

∠L(jωc) = −90° − atan(2,263/4) = −119,5°
PM = 180° + ∠L = 60,5°

Atsakymas

PM = 60,5°
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: Kmax = 6

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

Charakteristinis daugianaris

s(s + 2)(s + 3) + K(s + 10) = s³ + 5s² + (6 + K)s + 10K

Raucho lentelė

s³: 1, 6 + K
s²: 5, 10K
s¹: (5·(6 + K) − 10K)/5
s⁰: 10K

Sąlyga

30 − 5K > 0
K < 30/5 = 6

Atsakymas

Kmax = 6

Jei nulis būtų į dešinę nuo s = −5, kontūras liktų stabilus su visais K > 0.

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

Atsakymas: sb = −1,472

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

Stiprinimas išilgai realiosios ašies

K(s) = −s(s + 4)(s + 5) = −(s³ + 9s² + 20s)

Stacionarieji taškai

dK/ds = −(3s² + 18s + 20) = 0
s = (−18 ± √(324 − 240))/6 = −1,472, −4,528

Pasirinkite geometrinės vietos tašką

Geometrinė vieta yra realiojoje ašyje tarp 0 ir −4; kita šaknis jai nepriklauso.

sb = −1,472

Atsakymas

sb = −1,472
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: K = 5

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 = 1/0,2 = 5

Stiprinimas

K = 1·Kv = 5

Atsakymas

K = 5

Didelis stiprinimas šį kontūrą padaro labai silpnai slopinamą: ζ = 0,2236. Dėl šios prieštaros naudojami kompensatoriai.

40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: Kd = 1,065 s

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

Charakteristinis daugianaris

s(s + 1) + 5(8 + Kds) = s² + (1 + 5Kd)s + 40

Savasis dažnis

ωₙ = √40 = 6,325 rad/s

Diferencialinis stiprinimas

1 + 5Kd = 2·0,5·6,325 = 6,325
Kd = 1,065 s

Atsakymas

Kd = 1,065 s

Diferencialinis narys prideda slopinimo nekeisdamas ωₙ.

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

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