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
Pengatur Zener 5.1 V disuap daripada 15 V melalui 100 Ω dan membekalkan beban 2200 Ω. Cari arus Zener IZ.
Vin = 15 VVZ = 5.1 VR = 100 ΩRL = 2200 Ω
IZ = mA
2.Diod & transistorSukar
Diod dimodelkan sebagai 0.6 V bersiri dengan 10 Ω (ia mengalir di atas 0.6 V). Ia bersiri dengan perintang 220 Ω merentasi bekalan 5 V. Cari arus operasi ID di mana garis diod bertemu garis beban.
Vs = 5 VR = 220 ΩV0 = 0.6 Vrd = 10 Ω
ID = mA
3.Litar op-ampSederhana
Penguat pembeza menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V, dengan R3 = R1 dan R4 = R2. Cari voltan keluaran Vout.
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 = 15 ΩL = 33 mH
t = ms
6.Fana RC & RLSukar
Suis merentasi R2 telah ditutup untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari arus induktor i pada t = 2 ms.
Penukar buck unggul menukar 9 V kepada 2.7 V pada frekuensi pensuisan 20 kHz. Cari kearuhan L yang mengekalkan arus riak puncak-ke-puncak induktor pada 1 A.
Vin = 9 VVo = 2.7 Vf = 20 kHzΔIL = 1 A
L = µH
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar boost unggul menukar 12 V kepada 40 V untuk beban 12 Ω pada 200 kHz. Kapasitor output ialah 47 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Vin = 12 VVo = 40 Vf = 200 kHzC = 47 µFR = 12 Ω
ΔVo = mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Jambatan dengan empat lengan 250 Ω dibekalkan dengan 15 V. Apabila penderia R₂ berubah, output menunjukkan Vab = 424.5 mV. Cari perubahan tepat ΔR bagi R₂.
Vs = 15 VR = 250 ΩVab = 424.5 mV
ΔR = Ω
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan suku dengan satu tolok aktif (GF = 2) diujakan dengan 10 V. Di bawah beban output menunjukkan 4 mV. Cari terikan ε dalam µε.
Vs = 10 VGF = 2Vo = 4 mV
ε = µε
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 = 1. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.
I₀ = CI₁ = C′I₂ = CI₃ = 1
N =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Flip-flop D dicetus pinggir positif bermula dengan Q = 0 dan menerima input yang ditunjukkan pada 8 pinggir jam menaik. Berapa kali N Q berubah keadaan?
Q₀ = 0D
N =
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: IZ = 96.68 mA
Pengatur Zener: diod Zener pincang songsang mengekalkan voltannya VZ selagi arusnya kekal di atas minimum IZ,min. Perintang siri R menanggung beza antara input dan output: IR = (Vin − VZ)/R. Arus itu terbahagi antara beban, IL = VZ/RL, dan Zener: IZ = IR − IL. Reka untuk kes terburuk: input terendah dengan beban terbesar masih mesti meninggalkan IZ,min, dan input tertinggi tanpa beban memberikan kuasa Zener terbesar PZ = VZ·IZ.
Arus perintang
IR = 9.9/100 = 99 mA
Arus beban
IL = 5.1/2200 = 2.318 mA
Arus Zener
IZ = 99 − 2.318 = 96.68 mA
Jawapan
IZ = 96.68 mA
2.Diod & transistor
Jawapan: ID = 19.13 mA
Litar LED dan diod: LED pincang depan menyusutkan kira-kira voltan depannya VF (kira-kira 2 V untuk merah, 3 V untuk biru atau putih), walau apa pun arusnya. Perintang siri menetapkan arus: R = (Vs − n·VF)/I untuk n LED bersiri. Dengan model diod yang lebih tepat V = V₀ + I·rd, titik operasi ialah di mana garis diod bertemu garis beban I = (Vs − V)/R, jadi I = (Vs − V₀)/(R + rd).
Gabungkan kedua-dua persamaan
5 = 0.6 + I·(220 + 10)
Arus operasi
ID = 4.4/230 = 19.13 mA
VD = 0.6 + 0.01913·10 = 0.7913 V
Jawapan
ID = 19.13 mA
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = 4.468 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.
Voltan pada masukan +
V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1.1·47/(47 + 47) = 0.55 V
Superposisikan kedua-dua masukan
Dengan V₂ = 0, V₁ melihat penguat menyongsang. Dengan V₁ = 0, V₊ dikuatkan oleh gandaan tidak menyongsang 1 + R₂/R₁.
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 = 33 mH / 15 Ω = 2.2 ms
Selesaikan untuk masa
0.2 = 1·e−t/τ → t = τ·ln(1/0.2)
t = 2.2·ln(5) = 3.541 ms
Jawapan
t = 3.541 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.3798 A
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.
Nilai awal, nilai akhir, pemalar masa
Sebelum t = 0 suis yang tertutup memintaskan R₂; selepas itu R₁ dan R₂ kedua-duanya berada dalam gelung.
i(0) = 10/20 = 0.5 A
i(∞) = 10/(20 + 10) = 0.3333 A
τ = L/R = 47/30 = 1.567 ms
i(t) = 0.3333 + (0.5 − 0.3333)·e−t/τ
Arus pada masa yang diberi
i(2) = 0.3333 + (0.1667)·e−2/1.567 = 0.3798 A
Jawapan
i = 0.3798 A
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.4253 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 + 20 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 8·23/(8+23) = 5.935 Ω
Req = R1 + 5.935 = 15 + 5.935 = 20.94 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 12/20.94 = 0.5732 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 0.5732·15 = 3.402 V
IR2 = VA/R2 = 3.402/8 = 0.4253 A
Jawapan
IR2 = 0.4253 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.3013 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 = 6 + 4 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 4.444 Ω
R3 + 4.444 = 14.44 Ω
R2 ∥ 14.44 = 9.155 Ω
Req = R1 + 9.155 = 3 + 9.155 = 12.15 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 10/12.15 = 0.8227 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 0.8227·3 = 7.532 V
IR2 = VA/R2 = 7.532/25 = 0.3013 A
Jawapan
IR2 = 0.3013 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: L = 94.5 µH
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 = 2.7/9 = 0.3
Aruhan
L = 6.3·0.3/(1·20·10³) = 94.5 µH
Jawapan
L = 94.5 µH
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 248.2 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 − 12/40 = 0.7
Arus beban
Io = 40/12 = 3.333 A
Riak output
ΔVo = 3.333·0.7/(200·10³·47·10⁻⁶) = 248.2 mV
Jawapan
ΔVo = 248.2 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: ΔR = 30 Ω
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.
Voltan nod
Va = 7.5 + 0.4245 = 7.925 V
Selesaikan pembahagi
R₂ = 250·7.925/(15 − 7.925) = 280 Ω
ΔR = 280 − 250 = 30 Ω
Jawapan
ΔR = 30 Ω
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: ε = 800 µε
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.
Selesaikan persamaan jambatan suku
ε = 4·0.004/(10·2) = 0.0008
Dalam mikroterikan
ε = 800 µε
Jawapan
ε = 800 µε
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 5
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 + AB
Baris dengan F = 1
ABC = 001, 010, 101, 110, 111
N = 5
Jawapan
N = 5
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 4
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.
Q selepas setiap pinggir
Flip-flop D menyalin D pada setiap pinggir menaik: Q⁺ = D.