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 = 80 mempunyai pincang pembahagi voltan daripada VCC = 15 V: R₁ = 39 kΩ dari VCC ke tapak dan R₂ = 8.2 kΩ dari tapak ke bumi. Perintang pengumpul ialah RC = 1.5 kΩ dan perintang pemancar ialah RE = 1.5 kΩ. Ambil VBE = 0.7 V dan gunakan setara Thévenin bagi pembahagi (jangan abaikan arus tapak). Cari voltan pengumpul–pemancar VCE.
Diod dimodelkan sebagai 0.6 V bersiri dengan 20 Ω (ia mengalir di atas 0.6 V). Ia bersiri dengan perintang 1000 Ω merentasi bekalan 12 V. Cari arus operasi ID di mana garis diod bertemu garis beban.
Vs = 12 VR = 1000 ΩV0 = 0.6 Vrd = 20 Ω
ID = mA
3.Litar op-ampSederhana
Pilih perintang suap balik Rf yang memberikan penguat tak menyongsang ini gandaan voltan 31.
R1 = 10 kΩAv = 31
Rf = kΩ
4.Litar op-ampSukar
Penguat penambah menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V. Cari arus If melalui perintang suap balik, yang mengalir ke arah keluaran.
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 80% daripada nilai akhirnya? Cari t.
Vs = 6 VR = 50 ΩL = 220 mH
t = ms
6.Fana RC & RLSukar
Suis merentasi R2 telah dibuka untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis ditutup dan memintaskan R2. Cari arus induktor i pada t = 1 ms.
Vs = 15 VR1 = 33 ΩR2 = 5 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari arus IR1 yang dibekalkan oleh sumber, yang mengalir melalui R1.
Penukar buck unggul menukar 36 V kepada 18 V pada 250 kHz dengan L = 22 µH. Cari arus riak puncak-ke-puncak induktor ΔIL.
Vin = 36 VVo = 18 Vf = 250 kHzL = 22 µH
ΔIL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck menukar 24 V kepada 14.4 V untuk beban 20 Ω pada 100 kHz, dengan L = 220 µH dan C = 100 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Jambatan mempunyai empat lengan 220 Ω dan Vs = 5 V. Penderia R₂ bertambah sebanyak ΔR = 1.1 Ω. Dengan menggunakan penghampiran perubahan kecil, cari output Vab dalam mV.
Vs = 5 VR = 220 ΩΔR = 1.1 Ω
Vab = mV
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan dengan lengan 120 Ω diujakan dengan 5 V dan mempunyai empat tolok aktif, dua dalam tegangan dan dua dalam mampatan (jambatan penuh). Faktor tolok ialah 2.05 dan terikan ialah 200 µε. Cari output jambatan Vo dalam mV.
Vs = 5 VGF = 2.05ε = 200 µε
Vo = mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flopSederhana
Gunakan peta Karnaugh untuk mencari bentuk hasil darab hasil tambah (POS) minimum bagi F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 10, 12). Berapa banyak sebutan hasil tambah (faktor) N yang ada padanya?
F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 10, 12)
N =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Flip-flop T dicetus pinggir positif bermula dengan Q = 0 dan menerima input yang ditunjukkan. Klik pinggir jam pertama yang Q-nya berubah daripada 1 kembali kepada 0.
Q₀ = 0T
1pinggir jam 1
2pinggir jam 2
3pinggir jam 3
4pinggir jam 4
5pinggir jam 5
6pinggir jam 6
7pinggir jam 7
8pinggir jam 8
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: VCE = 11.41 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.
Setara Thévenin bagi pembahagi
VTH = 15·8.2/(39 + 8.2) = 2.606 V
RTH = 39·8.2/(39 + 8.2) = 6.775 kΩ
Arus tapak
KVL mengelilingi gelung tapak; arus pemancar ialah (β + 1)·IB.
IB = (2.606 − 0.7)/(6.775 + 81·1.5) = 14.86 µA
Arus pengumpul
IC = 80·14.86 µA = 1.189 mA
IE = 81·14.86 µA = 1.204 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 15 − 1.189·1.5 − 1.204·1.5 = 11.41 V
Jawapan
VCE = 11.41 V
2.Diod & transistor
Jawapan: ID = 11.18 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
12 = 0.6 + I·(1000 + 20)
Arus operasi
ID = 11.4/1020 = 11.18 mA
VD = 0.6 + 0.01118·20 = 0.8235 V
Jawapan
ID = 11.18 mA
3.Litar op-amp
Jawapan: Rf = 300 kΩ
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 penguat tak menyongsang
V₋ = V₊ = Vin, dan arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf, jadi Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).
Av = 1 + Rf/R1
Rf = (31 − 1)·10 = 300 kΩ
Jawapan
Rf = 300 kΩ
4.Litar op-amp
Jawapan: If = 0.8727 mA
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 = 1.6/2 = 0.8 mA
I2 = V2/R2 = 1.6/22 = 0.07273 mA
If = I1 + I2 = 0.8727 mA
Jawapan
If = 0.8727 mA
5.Fana RC & RL
Jawapan: t = 7.082 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 dan arus akhir
Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.
τ = L/R = 220 mH / 50 Ω = 4.4 ms
i(∞) = Vs/R = 6/50 = 0.12 A
Selesaikan untuk masa
0.8 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.8)
t = −4.4·ln(0.2) = 7.082 ms
Jawapan
t = 7.082 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.4325 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 kedua-dua perintang berada dalam gelung; selepas itu suis yang tertutup memintaskan R₂.
i(0) = 15/(33 + 5) = 0.3947 A
i(∞) = 15/33 = 0.4545 A
τ = L/R = 33/33 = 1 ms
i(t) = 0.4545 + (0.3947 − 0.4545)·e−t/τ
Arus pada masa yang diberi
i(1) = 0.4545 + (−0.05981)·e−1/1 = 0.4325 A
Jawapan
i = 0.4325 A
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 0.538 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 = 15 + 20 = 35 Ω
R2 ∥ 35 = 20·35/(20+35) = 12.73 Ω
Req = R1 + 12.73 = 4 + 12.73 = 16.73 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 9/16.73 = 0.538 A
Jawapan
IR1 = 0.538 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.3141 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 = 12 + 12 = 24 Ω
R4 ∥ 24 = 9.231 Ω
R3 + 9.231 = 39.23 Ω
R2 ∥ 39.23 = 2.787 Ω
Req = R1 + 2.787 = 12 + 2.787 = 14.79 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 5/14.79 = 0.3381 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 5 − 0.3381·12 = 0.9424 V
IR2 = VA/R2 = 0.9424/3 = 0.3141 A
Jawapan
IR2 = 0.3141 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔIL = 1.636 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 = 18/36 = 0.5
Voltan induktor semasa masa hidup
Semasa S hidup, induktor berada antara Vin dan Vo.
VL = 36 − 18 = 18 V
Arus riak
ΔIL = VL·D/(L·f) = 18·0.5/(22·10⁻⁶·250·10³) = 1.636 A
Jawapan
ΔIL = 1.636 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 3.273 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 = 14.4/24 = 0.6
Arus riak induktor
ΔIL = (24 − 14.4)·0.6/(220·10⁻⁶·100·10³) = 0.2618 A
Riak output
ΔVo = 0.2618/(8·100·10³·100·10⁻⁶) = 3.273 mV
Jawapan
ΔVo = 3.273 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vab = 6.25 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 = 1.1/220 = 0.005
Output terlinear
Vab ≈ 5·0.005/4 = 6.25 mV
Jawapan
Vab = 6.25 mV
Nilai tepatnya ialah 6.234 mV; penghampiran itu baik selagi ΔR/R kecil.
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vo = 2.05 mV
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.
Perubahan rintangan relatif
ΔR/R = 2.05·200·10⁻⁶ = 0.00041
Output jambatan
Vo = Vs·GF·ε = 5·0.00041 = 2.05 mV
Jawapan
Vo = 2.05 mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 4
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.
Kumpulkan 0
Setiap kumpulan ialah segi empat tepat 2ᵏ sel; sel tepi berjiran dengan sel pada tepi bertentangan.
D′
(B′ + C′)
(A + B′)
(A′ + B + C)
Bentuk POS minimum
F = D′(B′ + C′)(A + B′)(A′ + B + C)
N = 4
Jawapan
N = 4
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: pinggir jam 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 T bertukar keadaan pada setiap pinggir menaik dengan T = 1 dan kekal dengan T = 0.