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
5 LED merah (voltan depan 2 V setiap satu) disambung bersiri dengan perintang kepada bekalan 24 V. Cari rintangan R yang menetapkan arus kepada 25 mA.
Vs = 24 VVF = 2 Vn = 5I = 25 mA
R = Ω
2.Diod & transistorSukar
Satu transistor NPN dengan β = 80 menyuis perintang beban 330 Ω yang disambung antara VCC = 5 V dan pengumpulnya. Pemancar dibumikan. Tapak dipacu daripada keluaran logik 5 V melalui perintang tapak RB = 220 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.
Pilih perintang suap balik Rf yang memberikan penguat tak menyongsang ini gandaan voltan 3.
R1 = 10 kΩAv = 3
Rf = kΩ
4.Litar op-ampSukar
Penguat penambah menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
V1 = 1.6 VV2 = 1 VR1 = 100 kΩR2 = 47 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 voltan kapasitor vC pada t = 40 ms.
Vs = 24 VR1 = 4.7 kΩR2 = 1 kΩC = 33 µFt = 40 ms
vC = V
6.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 3 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 15 ms.
Vs = 20 VR = 2.2 kΩC = 22 µFvC(0) = 3 Vt = 15 ms
vC = V
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari arus IR2 melalui R2.
V1 = 30 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 Ω
IR2 = A
8.Perintang bersiri & selariSukar
Cari arus IR1 yang dibekalkan oleh sumber, yang mengalir melalui R1.
Penukar buck unggul menukar 15 V kepada 6 V pada frekuensi pensuisan 200 kHz. Cari kearuhan L yang mengekalkan arus riak puncak-ke-puncak induktor pada 0.6 A.
Vin = 15 VVo = 6 Vf = 200 kHzΔIL = 0.6 A
L = µH
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar boost unggul menukar 9 V kepada 15 V untuk beban 2 Ω pada 250 kHz. Cari kearuhan terkecil Lcrit untuk pengaliran selanjar.
Vin = 9 VVo = 15 Vf = 250 kHzR = 2 Ω
Lcrit = µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Galvanometer dengan rintangan 200 Ω disambungkan antara a dan b jambatan yang ditunjukkan (Vs = 15 V). Cari arus galvanometer Ig dari a ke b, dalam µA.
Tolok terikan (GF = 2.12) pada anggota dengan E = 200 GPa membentuk jambatan suku yang diujakan dengan 2.5 V. Output menunjukkan 0.795 mV. Cari tegasan paksi σ dalam MPa.
Vs = 2.5 VGF = 2.12Vo = 0.795 mVE = 200 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 = 0, I₂ = C′, I₃ = 1. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.
I₀ = CI₁ = 0I₂ = C′I₃ = 1
N =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Flip-flop JK dicetus pinggir positif bermula dengan Q = 0 dan menerima input yang ditunjukkan pada 6 pinggir jam menaik. Berapa kali N Q berubah keadaan?
Q₀ = 0JK
N =
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: R = 560 Ω
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).
Voltan merentasi perintang
VR = 24 − 5·2 = 14 V
Rintangan
R = 14/0.025 = 560 Ω
Jawapan
R = 560 Ω
Perintang melesapkan 350 mW.
2.Diod & transistor
Jawapan: IC = 1.564 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 = (5 − 0.7)/220 kΩ = 19.55 µA
Tepu atau aktif?
β·IB lebih kecil daripada IC(sat), jadi transistor kekal aktif.
β·IB = 1.564 mA
IC(sat) = (5 − 0.2)/330 = 14.55 mA
Arus pengumpul
IC = β·IB = 1.564 mA
Jawapan
IC = 1.564 mA
Transistor aktif, jadi beban tidak dihidupkan sepenuhnya.
3.Litar op-amp
Jawapan: Rf = 20 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 = (3 − 1)·10 = 20 kΩ
Jawapan
Rf = 20 kΩ
4.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −1.752 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 = 1.6/100 = 0.016 mA
I2 = V2/R2 = 1/47 = 0.02128 mA
If = I1 + I2 = 0.03728 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −47·0.03728 = −1.752 V
Jawapan
Vout = −1.752 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 3.242 V
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 = 4.7·1/(4.7 + 1) = 0.8246 kΩ
vC(∞) = 24·1/(4.7 + 1) = 4.211 V
Pemalar masa
τ = Rth·C = 0.8246·33 = 27.21 ms
Lengkung pengecasan
vC(t) = 4.211·(1 − e−40/27.21) = 3.242 V
Jawapan
vC = 3.242 V
6.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 7.53 V
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
Voltan kapasitor tidak boleh melompat, jadi ia bermula pada nilai yang tersimpan dan menuju ke voltan sumber.
vC(0) = 3 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 2.2 kΩ · 22 µF = 48.4 ms
vC(t) = 20 + (3 − 20)·e−t/τ
Voltan pada masa yang diberi
vC(15) = 20 + (−17)·e−15/48.4 = 7.53 V
Jawapan
vC = 7.53 V
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 1.906 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 + 8 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 4·23/(4+23) = 3.407 Ω
Req = R1 + 3.407 = 10 + 3.407 = 13.41 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/13.41 = 2.238 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 2.238·10 = 7.624 V
IR2 = VA/R2 = 7.624/4 = 1.906 A
Jawapan
IR2 = 1.906 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 2.463 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 = 25 + 12 = 37 Ω
R4 ∥ 37 = 10.67 Ω
R3 + 10.67 = 22.67 Ω
R2 ∥ 22.67 = 4.744 Ω
Req = R1 + 4.744 = 5 + 4.744 = 9.744 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 24/9.744 = 2.463 A
Jawapan
IR1 = 2.463 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: L = 30 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 = 6/15 = 0.4
Aruhan
L = 9·0.4/(0.6·200·10³) = 30 µH
Jawapan
L = 30 µH
10.Penukar DC-DC
Jawapan: Lcrit = 0.576 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 = 1 − 9/15 = 0.4
Syarat sempadan
Tetapkan arus induktor purata sama dengan separuh arus riak dan selesaikan untuk L.
Lcrit = D(1 − D)²·R/(2f)
Kearuhan genting
Lcrit = 0.4(1 − 0.4)²·2/(2250·10³) = 0.576 µH
Jawapan
Lcrit = 0.576 µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Ig = 13154 µA
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 Thévenin
Vth = 15·(600/650 − 250/400) = 4.471 V
Rintangan Thévenin
Rth = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ = 139.9 Ω
Arus galvanometer
Ig = 4.471/(139.9 + 200) = 13154 µA
Jawapan
Ig = 13154 µA
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: σ = 120 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 = 4·0.000795/(2.5·2.12) = 0.0006
Tegasan
σ = 200·10³ MPa·0.0006 = 120 MPa
Jawapan
σ = 120 MPa
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 4
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 + AB′C′ + AB
Baris dengan F = 1
ABC = 001, 100, 110, 111
N = 4
Jawapan
N = 4
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 2
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 JK: 00 kekal, 01 set semula (Q = 0), 10 set (Q = 1), 11 bertukar keadaan.