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 = 15 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 = 15 VRB = 100 kΩRC = 470 Ωβ = 150VBE = 0.7 V
VCE = V
2.Diod & transistorSukar
Satu transistor NPN dengan β = 80 menyuis perintang beban 150 Ω yang disambung antara VCC = 5 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.
Penguat pembeza menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V, dengan R3 = R1 dan R4 = R2. Cari voltan V− pada masukan menyongsang.
V1 = 3 VV2 = 2.3 VR1 = R3 = 4.7 kΩR2 = R4 = 47 kΩ
V− = V
4.Litar op-ampSukar
Pengamir menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V; keluarannya tepu pada ±14 V. Kapasitor tidak bercas apabila masukan malar Vin = −2.1 V dikenakan pada t = 0. Cari voltan keluaran Vout pada t = 5 ms.
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 5 ms.
Vs = 5 VR = 33 ΩL = 68 mHt = 5 ms
i = A
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 V, tepat 1000 ms selepas permulaan. Dengan R = 10 kΩ, cari kemuatan C yang diperlukan.
Vs = 5 VVth = 3 VT = 1000 msR = 10 kΩ
C = µF
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari arus IR2 melalui R2.
V1 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
8.Perintang bersiri & selariSukar
Cari rintangan setara Req yang dilihat oleh sumber V1.
Penukar boost unggul menukar 48 V kepada 192 V untuk beban 20 Ω. Cari arus induktor purata IL.
Vin = 48 VVo = 192 VR = 20 Ω
IL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck menukar 48 V kepada 24 V untuk beban 5 Ω pada 100 kHz, dengan L = 220 µH dan C = 10 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Jambatan mempunyai empat lengan 120 Ω dan Vs = 15 V. Penderia R₂ bertambah sebanyak ΔR = 6 Ω. Cari output tepat Vab dalam mV.
Vs = 15 VR = 120 ΩΔR = 6 Ω
Vab = mV
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan suku (satu tolok aktif, GF = 2) diujakan dengan 3 V. Terikan terbesar yang hendak diukur ialah 1500 µε, dan ia mesti memberikan 2.5 V pada input penukar analog-ke-digital. Cari gandaan penguat G.
Vs = 3 VGF = 2εmax = 1500 µεVFS = 2.5 V
G =
13.Logik digital: get, peta K & flip-flopSederhana
Permudahkan F = A′B′C + AB′C′ + AB′C kepada bentuk hasil tambah hasil darab minimum. Berapa banyak literal L yang terkandung dalam ungkapan yang dipermudah?
F = A′B′C + AB′C′ + AB′C
L =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Cari bentuk SOP minimum bagi F(A, B, C, D) = Σm(1, 3, 6, 7, 8, 10, 11, 15) + d(2, 14), dengan d menandakan keadaan tidak peduli. Berapa banyak literal L yang terkandung dalamnya?
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 = (15 − 0.7)/100 kΩ = 143 µA
Arus pengumpul
IC = β·IB = 150·143 µA = 21.45 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 15 − 21.45 mA·0.47 kΩ = 4.918 V
Jawapan
VCE = 4.918 V
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) = (5 − 0.2)/150 = 32 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: V− = 2.091 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 dan kadar cerun
kΩ darab µF memberikan milisaat.
RC = 2.2 kΩ · 2.2 µF = 4.84 ms
kadar cerun = −Vin/(RC) = −(−2.1)/4.84 = 0.4339 V/ms
Keluaran pada masa yang diberikan
Nilai unggul terletak di dalam ±Vsat, maka pengamir belum terpotong.
Vout = −Vin·t/(RC) = −(−2.1)·5/4.84 = 2.169 V
Jawapan
Vout = 2.169 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.1381 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.
Pemalar masa dan arus akhir
Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.
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 = 5·(1 − e−1000/τ) → τ = 1000/ln(5/(5 − 3))
τ = 1000/0.9163 = 1091 ms
Kapasitans
kΩ darab µF memberikan milisaat.
C = τ/R = 1091/10 = 109.1 µF
Jawapan
C = 109.1 µF
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.7714 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 + 12 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 10·15/(10+15) = 6 Ω
Req = R1 + 6 = 8 + 6 = 14 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 18/14 = 1.286 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 1.286·8 = 7.714 V
IR2 = VA/R2 = 7.714/10 = 0.7714 A
Jawapan
IR2 = 0.7714 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 6.905 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.
R5 + R6 = 5 + 6 = 11 Ω
R4 ∥ 11 = 2.933 Ω
R3 + 2.933 = 6.933 Ω
R2 ∥ 6.933 = 2.905 Ω
Req = R1 + 2.905 = 4 + 2.905 = 6.905 Ω
Jawapan
Req = 6.905 Ω
9.Penukar DC-DC
Jawapan: IL = 38.4 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 − 48/192 = 0.75
Arus beban
Io = 192/20 = 9.6 A
Arus induktor
IL = Io/(1 − D) = 9.6/0.25 = 38.4 A
Jawapan
IL = 38.4 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 68.18 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 = 24/48 = 0.5
Arus riak induktor
ΔIL = (48 − 24)·0.5/(220·10⁻⁶·100·10³) = 0.5455 A
Riak output
ΔVo = 0.5455/(8·100·10³·10·10⁻⁶) = 68.18 mV
Jawapan
ΔVo = 68.18 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vab = 182.9 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.
Voltan nod
Va = 15·126/246 = 7.683 V
Vb = 7.5 V
Pengeluaran
Vab = 182.9 mV
Jawapan
Vab = 182.9 mV
Anggaran linear Vs·ΔR/(4R) = 187.5 mV adalah 2.5 % terlalu tinggi: jambatan suku tidak betul-betul linear.
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: G = 1111
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 = 2.25 mV
Gandaan
G = 2.5/0.00225 = 1111
Jawapan
G = 1111
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: L = 4
Aljabar Boolean: peraturan yang memudahkan ungkapan ialah X + X′ = 1 dan X·X′ = 0, X + X = X, penyerapan X + X·Y = X, peraturan penggabungan X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y dan teorem konsensus XY + X′Z + YZ = XY + X′Z. Hukum De Morgan menukar (X·Y)′ kepada X′ + Y′ dan (X + Y)′ kepada X′·Y′. Peta Karnaugh menggunakan peraturan ini secara grafik: setiap kumpulan dua sel berjiran ialah satu penggunaan XY + XY′ = X.
Minterm ungkapan
A′B′C → m(1)
AB′C′ → m(4)
AB′C → m(5)
Kumpulkan dan baca
F = B′C + AB′
Kira literal
L = 4
Jawapan
L = 4
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: L = 7
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.