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 5.1 V disuap daripada 24 V melalui 470 Ω dan membekalkan beban 1500 Ω. Cari arus Zener IZ.
Vin = 24 VVZ = 5.1 VR = 470 ΩRL = 1500 Ω
IZ = mA
2.Diod & transistorSukar
Diod dimodelkan sebagai 0.65 V bersiri dengan 25 Ω (ia mengalir di atas 0.65 V). Ia bersiri dengan perintang 150 Ω merentasi bekalan 5 V. Cari arus operasi ID di mana garis diod bertemu garis beban.
Vs = 5 VR = 150 ΩV0 = 0.65 Vrd = 25 Ω
ID = mA
3.Litar op-ampSederhana
Op-amp adalah unggul dan beroperasi daripada bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
Vin = −0.3 VR1 = 100 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
4.Litar op-ampSukar
Penguat penambah menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
V1 = 0.9 VV2 = 2 VR1 = 100 kΩR2 = 2 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
5.Fana RC & RLSederhana
Induktor membawa arus mantap 0.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Cari arus i pada t = 1 ms.
i(0) = 0.5 AR = 50 ΩL = 22 mHt = 1 ms
i = A
6.Fana RC & RLSukar
Sebuah pemasa mula mengecas kapasitor tidak bercas melalui perintang daripada bekalan 12 V pada t = 0. Ia mesti mencetuskan apabila voltan kapasitor mencapai 9.6 V, tepat 50 ms selepas permulaan. Dengan R = 2.2 kΩ, cari kemuatan C yang diperlukan.
Penukar buck-boost menyongsang unggul menukar 12 V kepada −4 V pada 20 kHz dengan L = 100 µH. Cari arus riak puncak-ke-puncak induktor ΔIL.
Vin = 12 VVo = −4 Vf = 20 kHzL = 100 µH
ΔIL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck-boost menyongsang unggul menukar 9 V kepada −3 V untuk beban 20 Ω pada 50 kHz. Cari kearuhan terkecil Lcrit untuk pengaliran selanjar.
Vin = 9 VVo = −3 Vf = 50 kHzR = 20 Ω
Lcrit = µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Tolok terikan 470 Ω ialah satu lengan (R₂) jambatan dengan empat lengan 470 Ω yang sama dan pengujaan 10 V. Cari kuasa Pg yang dilesapkan dalam tolok, dalam mW. Pemanasan sendiri mengehadkan pengujaan.
Vs = 10 VR = 470 Ω
Pg = mW
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan dengan lengan 350 Ω diujakan dengan 3 V dan mempunyai dua tolok aktif pada lengan bersebelahan, satu dalam tegangan dan satu dalam mampatan (jambatan separuh). Faktor tolok ialah 2.12 dan terikan ialah 800 µε. Cari output jambatan Vo dalam mV.
Vs = 3 VGF = 2.12ε = 800 µε
Vo = mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flopSederhana
Permudahkan F = A′B′ + A′B + AB′C′ + A′B′C′ kepada bentuk hasil tambah hasil darab minimum. Berapa banyak literal L yang terkandung dalam ungkapan yang dipermudah?
F = A′B′ + A′B + AB′C′ + A′B′C′
L =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Daftar anjak 4-bit Q₃Q₂Q₁Q₀ menyimpan 1011. Pada setiap pinggir jam bit beranjak satu tempat ke kanan (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀, Q₀ hilang) dan input bersiri masuk ke Q₃. Input bersiri ialah 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1 pada 7 pinggir. Beri keadaan akhir Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ sebagai nombor perpuluhan.
Q₃Q₂Q₁Q₀ = 10110, 1, 0, 0, 0, 1, 1
Q =
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: IZ = 36.81 mA
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 = 18.9/470 = 40.21 mA
Arus beban
IL = 5.1/1500 = 3.4 mA
Arus Zener
IZ = 40.21 − 3.4 = 36.81 mA
Jawapan
IZ = 36.81 mA
2.Diod & transistor
Jawapan: ID = 24.86 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
5 = 0.65 + I·(150 + 25)
Arus operasi
ID = 4.35/175 = 24.86 mA
VD = 0.65 + 0.02486·25 = 1.271 V
Jawapan
ID = 24.86 mA
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −0.6 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₊ = −0.3 V
I = V₋/R1 = −0.3/100 = −0.003 mA
Voltan keluaran
Arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf.
Vout = V₋ + I·Rf = −0.3 + (−0.003)·100 = −0.6 V
Jawapan
Vout = −0.6 V
4.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −2.018 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 = 0.9/100 = 0.009 mA
I2 = V2/R2 = 2/2 = 1 mA
If = I1 + I2 = 1.009 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −2·1.009 = −2.018 V
Jawapan
Vout = −2.018 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.05152 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
τ = L/R = 22 mH / 50 Ω = 0.44 ms
Pereputan arus
i(t) = 0.5·e−1/0.44 = 0.05152 A
Jawapan
i = 0.05152 A
6.Fana RC & RL
Jawapan: C = 14.12 µF
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
9.6 = 12·(1 − e−50/τ) → τ = 50/ln(12/(12 − 9.6))
τ = 50/1.609 = 31.07 ms
Kapasitans
kΩ darab µF memberikan milisaat.
C = τ/R = 31.07/2.2 = 14.12 µF
Jawapan
C = 14.12 µF
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 1.176 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 = 8 + 12 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 15·20/(15+20) = 8.571 Ω
Req = R1 + 8.571 = 6 + 8.571 = 14.57 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/14.57 = 2.059 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 2.059·6 = 17.65 V
IR2 = VA/R2 = 17.65/15 = 1.176 A
Jawapan
IR2 = 1.176 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 2.106 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 + 20 = 32 Ω
R4 ∥ 32 = 14.04 Ω
R3 + 14.04 = 24.04 Ω
R2 ∥ 24.04 = 2.667 Ω
Req = R1 + 2.667 = 10 + 2.667 = 12.67 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/12.67 = 2.368 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 2.368·10 = 6.317 V
IR2 = VA/R2 = 6.317/3 = 2.106 A
Jawapan
IR2 = 2.106 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔIL = 1.5 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 = 4/(12 + 4) = 0.25
Voltan induktor semasa masa hidup
Semasa S hidup, induktor berada terus merentasi Vin.
VL = 12 V
Arus riak
ΔIL = VL·D/(L·f) = 12·0.25/(100·10⁻⁶·20·10³) = 1.5 A
Jawapan
ΔIL = 1.5 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: Lcrit = 112.5 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 = 3/(9 + 3) = 0.25
Syarat sempadan
Tetapkan arus induktor purata sama dengan separuh arus riak dan selesaikan untuk L.
Lcrit = (1 − D)²·R/(2f)
Kearuhan genting
Lcrit = (1 − 0.25)²·20/(250·10³) = 112.5 µH
Jawapan
Lcrit = 112.5 µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Pg = 53.19 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 = 10/2 = 5 V
Kuasa
Pg = 5²/470 = 53.19 mW
Jawapan
Pg = 53.19 mW
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vo = 2.544 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 = 2.12·800·10⁻⁶ = 0.001696
Output jambatan
Vo = Vs·GF·ε/2 = 3·0.001696/2 = 2.544 mV
Jawapan
Vo = 2.544 mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: L = 3
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′ → m(0, 1)
A′B → m(2, 3)
AB′C′ → m(4)
A′B′C′ → m(0)
Kumpulkan dan baca
F = B′C′ + A′
Kira literal
L = 3
Jawapan
L = 3
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: Q = 12
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.