Kenal pasti penukar (buck, boost atau buck-boost) dan kitar tugas D daripada nisbah voltan.
Gunakan imbangan volt-saat pada induktor: voltan induktor purata sepanjang satu tempoh ialah sifar.
Cari voltan induktor semasa suis hidup, kemudian ΔIL = VL·D/(L·f).
Untuk riak output, cari cas yang mengalir masuk dan keluar kapasitor; untuk sempadan CCM, tetapkan arus induktor purata sama dengan ΔIL/2.
Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Voltan pembahagi
Va = VsR2/(R1 + R2), Vb = VsR4/(R3 + R4)
Pengeluaran
Vab = Va − Vb
Imbangan
R1/R2 = R3/R4
Jambatan wayar gelongsor
R/Rx = l/(100 − l)
Rintangan Thévenin
Rth = R1∥R2 + R3∥R4
Faktor tolok
ΔR/R = GF·ε
Output jambatan
suku Vs·GF·ε/4, separuh Vs·GF·ε/2, penuh Vs·GF·ε
Perubahan kecil, satu lengan
Vab ≈ Vs·ΔR/(4R)
Tegasan
σ = E·ε
Kaedah
Anggap jambatan sebagai dua pembahagi voltan merentasi bekalan yang sama.
Untuk keseimbangan, tetapkan R₁/R₂ = R₃/R₄ dan selesaikan untuk perintang yang tidak diketahui.
Untuk jambatan tak seimbang, cari Va dan Vb daripada pembahagi dan tolakkannya; gunakan setara Thévenin apabila meter membebani output.
Untuk tolok terikan, tukarkan terikan kepada ΔR/R = GF·ε dan gunakan Vs·GF·ε/4, /2 atau ×1 bagi jambatan suku, separuh atau penuh.
Logik digital: get, peta K & flip-flop
Get asas
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Peraturan Boolean
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Susunan peta Karnaugh
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Kumpulan 2ᵏ sel
kehilangan k pemboleh ubah
Multipleks 4-ke-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flip-flop
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Pembilang
n-bit: 2ⁿ keadaan; mod-N: n terkecil dengan 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Pembilang riak
fmax = 1/(n·tpd)
Pembilang gelang dan Johnson
n dan 2n keadaan
Kaedah
Untuk litar, bekerja dari input ke output satu get pada satu masa dan tulis nilai pada setiap wayar, atau tulis ungkapannya dan isi jadual kebenaran.
Untuk pemudahan, letakkan 1 (dan tidak peduli sebagai X) ke dalam peta Karnaugh dengan baris dan lajur kod Gray: 00, 01, 11, 10.
Liputi 1 dengan kumpulan sesedikit dan sebesar mungkin yang berisi 1, 2, 4, 8 atau 16 sel, menyambung melepasi tepi; setiap kumpulan ialah satu sebutan hasil darab yang terdiri daripada pemboleh ubah yang kekal malar. Kumpulkan 0 untuk bentuk POS.
Untuk flip-flop dan pembilang, baca input pada setiap pinggir jam yang aktif, tulis keadaan selepas setiap pinggir, dan ingat bahawa pembilang n-bit berpusing semula selepas 2ⁿ keadaan.
2Soalan latihan
1.Diod & transistorSederhana
Satu transistor NPN dengan β = 150 dipincang oleh perintang tapak RB = 100 kΩ daripada bekalan VCC = 12 V. Perintang pengumpul ialah RC = 470 Ω dan pemancar dibumikan. Ambil VBE = 0.7 V dan andaikan transistor berada dalam kawasan aktif. Cari voltan pengumpul–pemancar VCE.
VCC = 12 VRB = 100 kΩRC = 470 Ωβ = 150VBE = 0.7 V
VCE = V
2.Diod & transistorSukar
Satu transistor NPN dengan β = 200 menyuis perintang beban 470 Ω yang disambung antara VCC = 5 V dan pengumpulnya. Pemancar dibumikan. Tapak dipacu daripada keluaran logik 5 V melalui perintang tapak RB. Ambil VBE = 0.7 V dan VCE(sat) = 0.2 V. Cari perintang tapak terbesar RB, dalam kΩ, yang masih memacu transistor tepat ke dalam ketepuan.
Induktor membawa arus mantap 1 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Berapa lamakah masa yang diambil untuk arus jatuh kepada 0.2 A? Cari t.
i(0) = 1 AR = 47 ΩL = 10 mH
t = ms
6.Fana RC & RLSukar
Sebuah pemasa mula mengecas kapasitor tidak bercas melalui perintang daripada bekalan 5 V pada t = 0. Ia mesti mencetuskan apabila voltan kapasitor mencapai 3.75 V, tepat 200 ms selepas permulaan. Dengan C = 2.2 µF, cari rintangan R yang diperlukan.
Vs = 5 VVth = 3.75 VT = 200 msC = 2.2 µF
R = kΩ
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari arus IR1 yang dibekalkan oleh sumber, yang mengalir melalui R1.
Penukar boost unggul menukar 9 V kepada 15 V pada 250 kHz dengan L = 150 µH. Cari arus riak puncak-ke-puncak induktor ΔIL.
Vin = 9 VVo = 15 Vf = 250 kHzL = 150 µH
ΔIL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar boost unggul menukar 48 V kepada 96 V untuk beban 20 Ω pada 50 kHz. Kapasitor output ialah 47 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Vin = 48 VVo = 96 Vf = 50 kHzC = 47 µFR = 20 Ω
ΔVo = mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Jambatan mempunyai empat lengan 150 Ω dan Vs = 12 V. Penderia R₂ bertambah sebanyak ΔR = 0.3 Ω. Dengan menggunakan penghampiran perubahan kecil, cari output Vab dalam mV.
Vs = 12 VR = 150 ΩΔR = 0.3 Ω
Vab = mV
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Tolok terikan (GF = 2) pada anggota dengan E = 110 GPa membentuk jambatan suku yang diujakan dengan 10 V. Output menunjukkan 2 mV. Cari tegasan paksi σ dalam MPa.
Vs = 10 VGF = 2Vo = 2 mVE = 110 GPa
σ = MPa
13.Logik digital: get, peta K & flip-flopSederhana
Multipleks 4-ke-1 mempunyai input pilih S₁ = A dan S₀ = B, dan input datanya diikat kepada I₀ = C′, I₁ = C′, I₂ = C, I₃ = 0. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.
I₀ = C′I₁ = C′I₂ = CI₃ = 0
N =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Jam 1 kHz memacu pembilang mod-16. Cari frekuensi fout output paling bererti, yang melengkapkan satu kitar bagi setiap kitaran pengiraan.
fclk = 1 kHzN = 16
fout = kHz
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: VCE = 4.034 V
Titik pincang BJT: dalam kawasan aktif VBE = 0.7 V, IC = β·IB dan IE = (β + 1)·IB. Cari IB daripada gelung tapak dengan KVL, kemudian IC, kemudian VCE daripada gelung pengumpul–pemancar. Pembahagi voltan pada tapak digantikan dengan setara Thévenin VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; perintang pemancar kelihatan (β + 1) kali lebih besar dalam gelung tapak.
Arus tapak
IB = (VCC − VBE)/RB = (12 − 0.7)/100 kΩ = 113 µA
Arus pengumpul
IC = β·IB = 150·113 µA = 16.95 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 12 − 16.95 mA·0.47 kΩ = 4.034 V
Jawapan
VCE = 4.034 V
2.Diod & transistor
Jawapan: RB = 84.21 kΩ
BJT sebagai suis: untuk menghidupkan beban sepenuhnya, transistor dipacu ke dalam ketepuan, di mana VCE = VCE(sat) dan arus pengumpul ditentukan oleh beban: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Ketepuan memerlukan sekurang-kurangnya IB = IC(sat)/β. Jika arus tapak lebih kecil, transistor kekal aktif dan IC = β·IB.
Arus pengumpul dalam ketepuan
IC(sat) = (5 − 0.2)/470 = 10.21 mA
Arus tapak minimum
IB(min) = IC(sat)/β = 10.21/200 = 51.06 µA
Perintang tapak
RB = (5 − 0.7)/IB = 4.3 V/0.05106 mA = 84.21 kΩ
Jawapan
RB = 84.21 kΩ
Sebarang perintang tapak yang lebih kecil juga menepukan transistor; dalam amalan anda memilih yang beberapa kali ganda lebih kecil.
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −3.5 V
Peraturan op-amp unggul: dengan suap balik negatif, op-amp memacu keluarannya supaya kedua-dua masukannya berada pada voltan yang sama (V₋ = V₊), dan tiada arus mengalir ke dalam mana-mana masukan. Menulis KCL pada masukan songsang dengan dua fakta ini memberikan keluaran.
Voltan pada masukan
R₃ dan R₄ membawa arus yang sama, maka ia membentuk pembahagi voltan; suapbalik menjadikan V₋ = V₊.
Peraturan op-amp unggul: dengan suap balik negatif, op-amp memacu keluarannya supaya kedua-dua masukannya berada pada voltan yang sama (V₋ = V₊), dan tiada arus mengalir ke dalam mana-mana masukan. Menulis KCL pada masukan songsang dengan dua fakta ini memberikan keluaran.
Arus masukan
V₋ = 0, jadi setiap perintang masukan mempunyai voltan masukan penuhnya merentasinya.
I1 = V1/R1 = 0.3/100 = 0.003 mA
I2 = V2/R2 = −1.7/22 = −0.07727 mA
If = I1 + I2 = −0.07427 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −22·(−0.07427) = 1.634 V
Jawapan
Vout = 1.634 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: t = 0.3424 ms
Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.
Pemalar masa
τ = L/R = 10 mH / 47 Ω = 0.2128 ms
Selesaikan untuk masa
0.2 = 1·e−t/τ → t = τ·ln(1/0.2)
t = 0.2128·ln(5) = 0.3424 ms
Jawapan
t = 0.3424 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: R = 65.58 kΩ
Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.
Pemalar masa yang diperlukan
3.75 = 5·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(5/(5 − 3.75))
τ = 200/1.386 = 144.3 ms
Rintangan
kΩ darab µF memberikan milisaat.
R = τ/C = 144.3/2.2 = 65.58 kΩ
Jawapan
R = 65.58 kΩ
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 1.415 A
Perintang bersiri dan selari: dalam sambungan bersiri arus yang sama mengalir melalui setiap perintang dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam sambungan selari setiap perintang mempunyai voltan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Rangkaian tangga dipermudahkan sepasang demi sepasang sehingga tinggal satu rintangan setara.
Gabungkan perintang dari hujung yang jauh
Mulakan dari hujung yang paling jauh daripada sumber dan bergerak balik ke arahnya. Perintang yang membawa arus yang sama adalah bersiri; perintang merentasi dua nod yang sama adalah selari.
R3 + R4 = 3 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 20·9/(20+9) = 6.207 Ω
Req = R1 + 6.207 = 15 + 6.207 = 21.21 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/21.21 = 1.415 A
Jawapan
IR1 = 1.415 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 1.092 A
Perintang bersiri dan selari: dalam sambungan bersiri arus yang sama mengalir melalui setiap perintang dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam sambungan selari setiap perintang mempunyai voltan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Rangkaian tangga dipermudahkan sepasang demi sepasang sehingga tinggal satu rintangan setara.
Gabungkan perintang dari hujung yang jauh
Mulakan dari hujung yang paling jauh daripada sumber dan bergerak balik ke arahnya. Perintang yang membawa arus yang sama adalah bersiri; perintang merentasi dua nod yang sama adalah selari.
R5 + R6 = 2 + 6 = 8 Ω
R4 ∥ 8 = 3.077 Ω
R3 + 3.077 = 23.08 Ω
R2 ∥ 23.08 = 10.71 Ω
Req = R1 + 10.71 = 4 + 10.71 = 14.71 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/14.71 = 2.039 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 2.039·4 = 21.84 V
IR2 = VA/R2 = 21.84/20 = 1.092 A
Jawapan
IR2 = 1.092 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔIL = 0.096 A
Penukar DC-DC: suis S dihidupkan untuk pecahan D bagi setiap tempoh T = 1/f. Dalam keadaan mantap voltan purata induktor ialah sifar (imbangan volt-saat), yang memberikan nisbah penukaran unggul dalam pengaliran selanjar: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost menyongsang |Vo| = Vin·D/(1 − D). Penukar unggul mengekalkan kuasa: Vin·Iin = Vo·Io. Semasa S hidup, arus induktor naik sebanyak ΔIL = VL·D·T/L, dengan VL = Vin − Vo untuk buck dan Vin untuk boost dan buck-boost. Riak output ialah ΔVo = ΔIL/(8fC) untuk buck dan Io·D/(fC) untuk boost dan buck-boost. Arus induktor hanya menyentuh sifar (sempadan CCM) apabila arus induktor purata sama dengan ΔIL/2.
Kitar tugas
D = 1 − 9/15 = 0.4
Voltan induktor semasa masa hidup
Semasa S hidup, induktor berada terus merentasi Vin.
VL = 9 V
Arus riak
ΔIL = VL·D/(L·f) = 9·0.4/(150·10⁻⁶·250·10³) = 0.096 A
Jawapan
ΔIL = 0.096 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 1021 mV
Penukar DC-DC: suis S dihidupkan untuk pecahan D bagi setiap tempoh T = 1/f. Dalam keadaan mantap voltan purata induktor ialah sifar (imbangan volt-saat), yang memberikan nisbah penukaran unggul dalam pengaliran selanjar: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost menyongsang |Vo| = Vin·D/(1 − D). Penukar unggul mengekalkan kuasa: Vin·Iin = Vo·Io. Semasa S hidup, arus induktor naik sebanyak ΔIL = VL·D·T/L, dengan VL = Vin − Vo untuk buck dan Vin untuk boost dan buck-boost. Riak output ialah ΔVo = ΔIL/(8fC) untuk buck dan Io·D/(fC) untuk boost dan buck-boost. Arus induktor hanya menyentuh sifar (sempadan CCM) apabila arus induktor purata sama dengan ΔIL/2.
Kitar tugas
D = 1 − 48/96 = 0.5
Arus beban
Io = 96/20 = 4.8 A
Riak output
ΔVo = 4.8·0.5/(50·10³·47·10⁻⁶) = 1021 mV
Jawapan
ΔVo = 1021 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vab = 6 mV
Jambatan Wheatstone: dua pembahagi voltan berkongsi satu bekalan Vs. Pembahagi kiri R1–R2 memberikan Va = Vs·R2/(R1 + R2) dan pembahagi kanan R3–R4 memberikan Vb = Vs·R4/(R3 + R4); outputnya ialah Vab = Va − Vb. Jambatan seimbang (Vab = 0, tiada arus dalam meter) apabila R1/R2 = R3/R4, iaitu R1·R4 = R2·R3. Dilihat dari output, jambatan ialah sumber Thévenin dengan Rth = R1∥R2 + R3∥R4.
Perubahan relatif
ΔR/R = 0.3/150 = 0.002
Output terlinear
Vab ≈ 12·0.002/4 = 6 mV
Jawapan
Vab = 6 mV
Nilai tepatnya ialah 5.994 mV; penghampiran itu baik selagi ΔR/R kecil.
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: σ = 44 MPa
Tolok terikan: tolok mengubah rintangannya dengan terikan: ΔR/R = GF·ε, dengan faktor tolok GF kira-kira 2 untuk kerajang logam. Dalam jambatan dengan semua lengan sama dengan R, satu tolok aktif (jambatan suku) memberikan Vo ≈ Vs·GF·ε/4. Dua tolok aktif dengan terikan bertentangan pada lengan bersebelahan (jambatan separuh) memberikan Vs·GF·ε/2, dan empat (jambatan penuh) memberikan Vs·GF·ε. Tegasan diperoleh daripada hukum Hooke, σ = E·ε. Sel beban menyatakan kepekaannya dalam mV/V: output pada beban penuh bagi setiap volt pengujaan.
Terikan
ε = 4·0.002/(10·2) = 0.0004
Tegasan
σ = 110·10³ MPa·0.0004 = 44 MPa
Jawapan
σ = 44 MPa
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 3
Multipleks: multipleks 2ⁿ-ke-1 menyalurkan satu input datanya ke output; talian pilih, dibaca sebagai nombor perduaan, menentukan yang mana satu. Untuk MUX 4-ke-1 dengan pilih S₁S₀ = AB, F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. Mengikat input data kepada 0, 1, C atau C′ membolehkan MUX menghasilkan sebarang fungsi bagi A, B dan C, yang merupakan cara lazim untuk membina logik dengan satu cip.
Ungkapan output
F = A′B′C′ + A′BC′ + AB′C
Baris dengan F = 1
ABC = 000, 010, 101
N = 3
Jawapan
N = 3
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: fout = 0.0625 kHz
Flip-flop dan pembilang: flip-flop hanya berubah pada pinggir jam yang aktif. D menyalin inputnya (Q⁺ = D); T bertukar keadaan apabila T = 1; JK kekal untuk 00, set semula untuk 01, set untuk 10 dan bertukar keadaan untuk 11. Pembilang perduaan n-bit mempunyai 2ⁿ keadaan dan mengira modulo 2ⁿ; pembilang mod-N mengira 0, 1, …, N − 1 dan kembali ke 0, dan memerlukan flip-flop sebanyak n terkecil dengan 2ⁿ ≥ N. Setiap peringkat pembilang riak membahagi dua frekuensi, maka output terakhir pembilang mod-N berjalan pada fclk/N. Pembilang Johnson dengan n flip-flop mempunyai 2n keadaan, pembilang gelang n.