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 5.6 V disuap daripada 12 V melalui 220 Ω dan membekalkan beban 1000 Ω. Cari arus Zener IZ.
Vin = 12 VVZ = 5.6 VR = 220 ΩRL = 1000 Ω
IZ = mA
2.Diod & transistorSukar
Satu transistor NPN dengan β = 80 menyuis perintang beban 330 Ω yang disambung antara VCC = 12 V dan pengumpulnya. Pemancar dibumikan. Tapak dipacu daripada keluaran logik 3.3 V melalui perintang tapak RB = 22 kΩ. Ambil VBE = 0.7 V dan VCE(sat) = 0.2 V. Cari arus pengumpul IC dalam mA apabila masukan tinggi. Tentukan dahulu sama ada transistor tepu.
Op-amp itu unggul dan dijalankan daripada bekalan ±15 V; keluarannya tepu pada ±14 V. Penguat tidak menyongsang digerakkan oleh gelombang sinus. Cari amplitud masukan terbesar Vin,max (nilai puncak) supaya keluaran tidak terpotong.
R1 = 22 kΩRf = 47 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
4.Litar op-ampSukar
Penguat penambah menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
V1 = 1.4 VV2 = 2 VR1 = 10 kΩR2 = 100 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
5.Fana RC & RLSederhana
Sumber Vₛ mengecas kapasitor melalui R₁, dan R₂ disambung selari dengan C. Kapasitor tidak bercas apabila suis ditutup pada t = 0. Cari pemalar masa τ litar selepas suis ditutup.
Vs = 30 VR1 = 2.2 kΩR2 = 6.8 kΩC = 68 µF
τ = ms
6.Fana RC & RLSukar
Suis telah ditutup untuk masa yang lama, maka litar berada dalam keadaan mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari arus i2 melalui R2 pada t = 100 ms.
Vs = 15 VR1 = 1 kΩR2 = 4.7 kΩC = 10 µFt = 100 ms
i2 = mA
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari rintangan setara Req yang dilihat oleh sumber V1.
V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 ΩR4 = 20 Ω
Req = Ω
8.Perintang bersiri & selariSukar
Cari arus IR1 yang dibekalkan oleh sumber, yang mengalir melalui R1.
Penukar buck-boost menyongsang unggul menukar 12 V kepada −18 V pada 250 kHz dengan L = 47 µH. Cari arus riak puncak-ke-puncak induktor ΔIL.
Vin = 12 VVo = −18 Vf = 250 kHzL = 47 µH
ΔIL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck menukar 12 V kepada 7.2 V untuk beban 8 Ω pada 40 kHz, dengan L = 68 µH dan C = 100 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Tolok terikan 330 Ω ialah satu lengan (R₂) jambatan dengan empat lengan 330 Ω yang sama dan pengujaan 6 V. Cari kuasa Pg yang dilesapkan dalam tolok, dalam mW. Pemanasan sendiri mengehadkan pengujaan.
Vs = 6 VR = 330 Ω
Pg = mW
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan suku (satu tolok aktif, GF = 2.1) diujakan dengan 5 V. Terikan terbesar yang hendak diukur ialah 1200 µε, dan ia mesti memberikan 2.5 V pada input penukar analog-ke-digital. Cari gandaan penguat G.
Vs = 5 VGF = 2.1εmax = 1200 µεVFS = 2.5 V
G =
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 = 0, I₃ = C. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.
I₀ = CI₁ = CI₂ = 0I₃ = C
N =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Cari bentuk SOP minimum bagi F(A, B, C, D) = Σm(1, 4, 7, 13, 14) + d(0, 2, 6, 9), dengan d menandakan keadaan tidak peduli. Berapa banyak sebutan hasil darab N yang ada padanya?
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 = 6.4/220 = 29.09 mA
Arus beban
IL = 5.6/1000 = 5.6 mA
Arus Zener
IZ = 29.09 − 5.6 = 23.49 mA
Jawapan
IZ = 23.49 mA
2.Diod & transistor
Jawapan: IC = 9.455 mA
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 tapak
IB = (3.3 − 0.7)/22 kΩ = 118.2 µA
Tepu atau aktif?
β·IB lebih kecil daripada IC(sat), jadi transistor kekal aktif.
β·IB = 9.455 mA
IC(sat) = (12 − 0.2)/330 = 35.76 mA
Arus pengumpul
IC = β·IB = 9.455 mA
Jawapan
IC = 9.455 mA
Transistor aktif, jadi beban tidak dihidupkan sepenuhnya.
3.Litar op-amp
Jawapan: Vin,max = 4.464 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.
Gandaan
Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 47/22 = 3.136
Masukan terbesar sebelum terpotong
Vin,max = Vsat/|Av| = 14/3.136 = 4.464 V
Jawapan
Vin,max = 4.464 V
4.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −7.52 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 = 1.4/10 = 0.14 mA
I2 = V2/R2 = 2/100 = 0.02 mA
If = I1 + I2 = 0.16 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −47·0.16 = −7.52 V
Jawapan
Vout = −7.52 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: τ = 113 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.
Setara Thévenin yang dilihat kapasitor
Pintaskan sumber untuk mencari Rth; buka kapasitor untuk mencari voltan yang akan dicapainya.
Rth = R1 ∥ R2 = 2.2·6.8/(2.2 + 6.8) = 1.662 kΩ
vC(∞) = 30·6.8/(2.2 + 6.8) = 22.67 V
Pemalar masa
τ = Rth·C = 1.662·68 = 113 ms
Jawapan
τ = 113 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: i2 = 0.3135 mA
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.
Voltan awal kapasitor
Dalam keadaan mantap kapasitor ialah litar terbuka, maka R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan. Voltan kapasitor tidak boleh melompat apabila suis dibuka.
vC(0) = 15·4.7/(1 + 4.7) = 12.37 V
Pemalar masa selepas suis dibuka
τ = R2·C = 4.7·10 = 47 ms
Nyahcas
vC(t) = 12.37·e−100/47 = 1.473 V
i2 = vC/R2 = 1.473/4.7 = 0.3135 mA
Jawapan
i2 = 0.3135 mA
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 9.138 Ω
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 = 4 + 20 = 24 Ω
R2 ∥ 24 = 5·24/(5+24) = 4.138 Ω
Req = R1 + 4.138 = 5 + 4.138 = 9.138 Ω
Jawapan
Req = 9.138 Ω
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 0.3662 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 = 15 + 25 = 40 Ω
R4 ∥ 40 = 6.667 Ω
R3 + 6.667 = 9.667 Ω
R2 ∥ 9.667 = 7.311 Ω
Req = R1 + 7.311 = 20 + 7.311 = 27.31 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 10/27.31 = 0.3662 A
Jawapan
IR1 = 0.3662 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔIL = 0.6128 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 = 18/(12 + 18) = 0.6
Voltan induktor semasa masa hidup
Semasa S hidup, induktor berada terus merentasi Vin.
VL = 12 V
Arus riak
ΔIL = VL·D/(L·f) = 12·0.6/(47·10⁻⁶·250·10³) = 0.6128 A
Jawapan
ΔIL = 0.6128 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 33.09 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 = 7.2/12 = 0.6
Arus riak induktor
ΔIL = (12 − 7.2)·0.6/(68·10⁻⁶·40·10³) = 1.059 A
Riak output
ΔVo = 1.059/(8·40·10³·100·10⁻⁶) = 33.09 mV
Jawapan
ΔVo = 33.09 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Pg = 27.27 mW
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 merentasi tolok
V = 6/2 = 3 V
Kuasa
Pg = 3²/330 = 27.27 mW
Jawapan
Pg = 27.27 mW
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: G = 793.7
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.
Output jambatan pada skala penuh
Vo = 3.15 mV
Gandaan
G = 2.5/0.00315 = 793.7
Jawapan
G = 793.7
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 + ABC
Baris dengan F = 1
ABC = 001, 011, 111
N = 3
Jawapan
N = 3
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 5
Peta Karnaugh: sel disusun dalam kod Gray (00, 01, 11, 10), maka sel berjiran, termasuk yang merentasi tepi, berbeza pada tepat satu pemboleh ubah. Kumpulkan 1 dalam segi empat tepat berisi 1, 2, 4, 8 atau 16 sel, sebesar mungkin dan sesedikit mungkin, sehingga setiap 1 diliputi. Setiap kumpulan ialah satu sebutan hasil darab: pemboleh ubah yang kekal malar di dalamnya. Kumpulan 2ᵏ sel kehilangan k pemboleh ubah. Tidak peduli (X) boleh digunakan untuk membesarkan kumpulan tetapi tidak perlu diliputi. Mengumpulkan 0 pula memberi bentuk POS minimum.
Implikan perdana
Kumpulan terbesar yang boleh dibentuk daripada 1 dan X.
B′C′D, BCD′, A′D′, AC′D, A′B′C′, A′BC
Liputan minimum
F = B′C′D + BCD′ + A′D′ + AC′D + A′BC
N = 5
Jawapan
N = 5
Terdapat pengumpulan lain yang sama saiz; ia mempunyai bilangan sebutan dan literal yang sama.