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 mempunyai pincang pembahagi voltan daripada VCC = 18 V: R₁ = 47 kΩ dari VCC ke tapak dan R₂ = 10 kΩ dari tapak ke bumi. Perintang pengumpul ialah RC = 2.7 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.
Satu transistor NPN dengan β = 50 menyuis perintang beban 1 kΩ yang disambung antara VCC = 12 V dan pengumpulnya. Pemancar dibumikan. Tapak dipacu daripada keluaran logik 5 V melalui perintang tapak RB. Ambil VBE = 0.7 V dan VCE(sat) = 0.2 V. Cari perintang tapak terbesar RB, dalam kΩ, yang masih memacu transistor tepat ke dalam ketepuan.
Induktor membawa arus mantap 2.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Cari voltan vR merentasi R pada t = 10 ms.
i(0) = 2.5 AR = 10 ΩL = 68 mHt = 10 ms
vR = V
6.Fana RC & RLSukar
Suis merentasi R2 telah ditutup untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Berapa lama selepas t = 0 arus induktor mencapai 1.17 A? Cari t.
Vs = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩL = 68 mH
t = ms
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari arus IR1 yang dibekalkan oleh sumber, yang mengalir melalui R1.
V1 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 ΩR4 = 12 Ω
IR1 = A
8.Perintang bersiri & selariSukar
Cari arus IR1 yang dibekalkan oleh sumber, yang mengalir melalui R1.
Penukar boost unggul menukar 48 V kepada 96 V pada 250 kHz dengan L = 220 µH. Cari arus riak puncak-ke-puncak induktor ΔIL.
Vin = 48 VVo = 96 Vf = 250 kHzL = 220 µH
ΔIL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck-boost unggul menukar 9 V kepada −6 V untuk beban 25 Ω pada 200 kHz. Kapasitor output ialah 470 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Vin = 9 VVo = −6 Vf = 200 kHzC = 470 µFR = 25 Ω
ΔVo = mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Cari rintangan Thévenin Rth bagi jambatan yang ditunjukkan, dilihat dari terminal output a dan b.
Vs = 12 VR1 = 250 ΩR2 = 20 ΩR3 = 400 ΩR4 = 20 Ω
Rth = Ω
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan dengan lengan 1000 Ω diujakan dengan 5 V dan mempunyai satu tolok aktif (jambatan suku). Faktor tolok ialah 2.12 dan terikan ialah 1000 µε. Cari output jambatan Vo dalam mV.
Vs = 5 VGF = 2.12ε = 1000 µε
Vo = mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flopSederhana
Gunakan peta Karnaugh untuk mencari bentuk hasil tambah hasil darab (SOP) minimum bagi F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 4, 9, 13). Berapa banyak sebutan hasil darab N yang ada padanya?
F(A, B, C, D) = Σm(2, 3, 4, 9, 13)
N =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Flip-flop D 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 = 0D
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 = 11.39 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 = 18·10/(47 + 10) = 3.158 V
RTH = 47·10/(47 + 10) = 8.246 kΩ
Arus tapak
KVL mengelilingi gelung tapak; arus pemancar ialah (β + 1)·IB.
IB = (3.158 − 0.7)/(8.246 + 151·1.5) = 10.47 µA
Arus pengumpul
IC = 150·10.47 µA = 1.571 mA
IE = 151·10.47 µA = 1.581 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 18 − 1.571·2.7 − 1.581·1.5 = 11.39 V
Jawapan
VCE = 11.39 V
2.Diod & transistor
Jawapan: RB = 18.22 kΩ
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 pengumpul dalam ketepuan
IC(sat) = (12 − 0.2)/1000 = 11.8 mA
Arus tapak minimum
IB(min) = IC(sat)/β = 11.8/50 = 236 µA
Perintang tapak
RB = (5 − 0.7)/IB = 4.3 V/0.236 mA = 18.22 kΩ
Jawapan
RB = 18.22 kΩ
Sebarang perintang tapak yang lebih kecil juga menepukan transistor; dalam amalan anda memilih yang beberapa kali ganda lebih kecil.
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −3.2 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.
Masukan songsang mengikut masukan
V₋ = V₊ = −1.6 V
I = V₋/R1 = −1.6/47 = −0.03404 mA
Voltan keluaran
Arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf.
Vout = V₋ + I·Rf = −1.6 + (−0.03404)·47 = −3.2 V
Jawapan
Vout = −3.2 V
4.Litar op-amp
Jawapan: Vout = 0.5015 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 = −1.2/4.7 = −0.2553 mA
I2 = V2/R2 = 0.1/22 = 0.004545 mA
If = I1 + I2 = −0.2508 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −2·(−0.2508) = 0.5015 V
Jawapan
Vout = 0.5015 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: vR = 5.745 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.
Pemalar masa
τ = L/R = 68 mH / 10 Ω = 6.8 ms
Pereputan arus
i(t) = 2.5·e−10/6.8 = 0.5745 A
vR = R·i = 10·0.5745 = 5.745 V
Jawapan
vR = 5.745 V
6.Fana RC & RL
Jawapan: t = 8.187 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.
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) = 9/5 = 1.8 A
i(∞) = 9/(5 + 5) = 0.9 A
τ = L/R = 68/10 = 6.8 ms
i(t) = 0.9 + (1.8 − 0.9)·e−t/τ
Selesaikan untuk masa
e−t/τ = (1.17 − 0.9)/(1.8 − 0.9) = 0.3
t = 6.8·ln(3.333) = 8.187 ms
Jawapan
t = 8.187 ms
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 1.972 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 + 12 = 27 Ω
R2 ∥ 27 = 8·27/(8+27) = 6.171 Ω
Req = R1 + 6.171 = 6 + 6.171 = 12.17 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 24/12.17 = 1.972 A
Jawapan
IR1 = 1.972 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 1.007 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 = 8 + 15 = 23 Ω
R4 ∥ 23 = 4.759 Ω
R3 + 4.759 = 7.759 Ω
R2 ∥ 7.759 = 5.921 Ω
Req = R1 + 5.921 = 6 + 5.921 = 11.92 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 12/11.92 = 1.007 A
Jawapan
IR1 = 1.007 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔIL = 0.4364 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 − 48/96 = 0.5
Voltan induktor semasa masa hidup
Semasa S hidup, induktor berada terus merentasi Vin.
VL = 48 V
Arus riak
ΔIL = VL·D/(L·f) = 48·0.5/(220·10⁻⁶·250·10³) = 0.4364 A
Jawapan
ΔIL = 0.4364 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 1.021 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 = 6/(9 + 6) = 0.4
Arus beban
Io = 6/25 = 0.24 A
Riak output
ΔVo = 0.24·0.4/(200·10³·470·10⁻⁶) = 1.021 mV
Jawapan
ΔVo = 1.021 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Rth = 37.57 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.
Bekalan dilitar pintaskan
R₁∥R₂ = 250·20/270 = 18.52 Ω
R₃∥R₄ = 400·20/420 = 19.05 Ω
Rintangan Thévenin
Rth = 37.57 Ω
Jawapan
Rth = 37.57 Ω
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vo = 2.65 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 = 2.12·1000·10⁻⁶ = 0.00212
Output jambatan
Vo ≈ Vs·GF·ε/4 = 5·0.00212/4 = 2.65 mV
Jawapan
Vo = 2.65 mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 3
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 1
Setiap kumpulan ialah segi empat tepat 2ᵏ sel; sel tepi berjiran dengan sel pada tepi bertentangan.
AC′D
A′B′C
A′BC′D′
Bentuk SOP minimum
F = AC′D + A′B′C + A′BC′D′
N = 3
Jawapan
N = 3
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 D menyalin D pada setiap pinggir menaik: Q⁺ = D.