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 = 20 V: R₁ = 68 kΩ dari VCC ke tapak dan R₂ = 8.2 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.
Diod dimodelkan sebagai 0.6 V bersiri dengan 50 Ω (ia mengalir di atas 0.6 V). Ia bersiri dengan perintang 100 Ω merentasi bekalan 6 V. Cari arus operasi ID di mana garis diod bertemu garis beban.
Vs = 6 VR = 100 ΩV0 = 0.6 Vrd = 50 Ω
ID = mA
3.Litar op-ampSederhana
Pilih perintang suap balik Rf yang memberikan penguat tak menyongsang ini gandaan voltan 15.
R1 = 100 kΩAv = 15
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.
Penukar buck unggul menukar 15 V kepada 7.5 V pada frekuensi pensuisan 50 kHz. Cari kearuhan L yang mengekalkan arus riak puncak-ke-puncak induktor pada 2 A.
Vin = 15 VVo = 7.5 Vf = 50 kHzΔIL = 2 A
L = µH
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck-boost unggul menukar 36 V kepada −24 V untuk beban 5 Ω pada 25 kHz. Kapasitor output ialah 22 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Vin = 36 VVo = −24 Vf = 25 kHzC = 22 µFR = 5 Ω
ΔVo = mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Jambatan mempunyai empat lengan 350 Ω dan Vs = 5 V. Penderia R₂ bertambah sebanyak ΔR = 52.5 Ω. Cari output tepat Vab dalam mV.
Vs = 5 VR = 350 ΩΔR = 52.5 Ω
Vab = mV
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan dengan lengan 120 Ω diujakan dengan 10 V dan mempunyai empat tolok aktif, dua dalam tegangan dan dua dalam mampatan (jambatan penuh). Faktor tolok ialah 2.1 dan terikan ialah 500 µε. Cari output jambatan Vo dalam mV.
Vs = 10 VGF = 2.1ε = 500 µε
Vo = mV
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 = C′, I₂ = 1, I₃ = 0. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.
I₀ = CI₁ = C′I₂ = 1I₃ = 0
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: VCE = 16.08 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 = 20·8.2/(68 + 8.2) = 2.152 V
RTH = 68·8.2/(68 + 8.2) = 7.318 kΩ
Arus tapak
KVL mengelilingi gelung tapak; arus pemancar ialah (β + 1)·IB.
IB = (2.152 − 0.7)/(7.318 + 151·1.5) = 6.211 µA
Arus pengumpul
IC = 150·6.211 µA = 0.9316 mA
IE = 151·6.211 µA = 0.9379 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 20 − 0.9316·2.7 − 0.9379·1.5 = 16.08 V
Jawapan
VCE = 16.08 V
2.Diod & transistor
Jawapan: ID = 36 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
6 = 0.6 + I·(100 + 50)
Arus operasi
ID = 5.4/150 = 36 mA
VD = 0.6 + 0.036·50 = 2.4 V
Jawapan
ID = 36 mA
3.Litar op-amp
Jawapan: Rf = 1400 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 = (15 − 1)·100 = 1400 kΩ
Jawapan
Rf = 1400 kΩ
4.Litar op-amp
Jawapan: If = −0.09439 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 = 1.2/22 = 0.05455 mA
I2 = V2/R2 = −0.7/4.7 = −0.1489 mA
If = I1 + I2 = −0.09439 mA
Jawapan
If = −0.09439 mA
5.Fana RC & RL
Jawapan: W = 2.124 mJ
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 = 33 mH / 15 Ω = 2.2 ms
i(∞) = Vs/R = 6/15 = 0.4 A
Arus pada masa yang diberi
i(t) = 0.4·(1 − e−5/2.2) = 0.3588 A
Tenaga tersimpan
W = ½·L·i² = ½·33·0.3588² = 2.124 mJ
Jawapan
W = 2.124 mJ
6.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 11.43 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) = 5 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 2.2 kΩ · 220 µF = 484 ms
vC(t) = 24 + (5 − 24)·e−t/τ
Voltan pada masa yang diberi
vC(200) = 24 + (−19)·e−200/484 = 11.43 V
Jawapan
vC = 11.43 V
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 24.73 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.
R3 + R4 = 15 + 20 = 35 Ω
R2 ∥ 35 = 20·35/(20+35) = 12.73 Ω
Req = R1 + 12.73 = 12 + 12.73 = 24.73 Ω
Jawapan
Req = 24.73 Ω
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.4137 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 = 6 + 6 = 12 Ω
R4 ∥ 12 = 6.667 Ω
R3 + 6.667 = 11.67 Ω
R2 ∥ 11.67 = 3.962 Ω
Req = R1 + 3.962 = 12 + 3.962 = 15.96 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 10/15.96 = 0.6265 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 0.6265·12 = 2.482 V
IR2 = VA/R2 = 2.482/6 = 0.4137 A
Jawapan
IR2 = 0.4137 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: L = 37.5 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 = 7.5/15 = 0.5
Aruhan
L = 7.5·0.5/(2·50·10³) = 37.5 µH
Jawapan
L = 37.5 µH
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 3491 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/(36 + 24) = 0.4
Arus beban
Io = 24/5 = 4.8 A
Riak output
ΔVo = 4.8·0.4/(25·10³·22·10⁻⁶) = 3491 mV
Jawapan
ΔVo = 3491 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vab = 174.4 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 = 5·402.5/752.5 = 2.674 V
Vb = 2.5 V
Pengeluaran
Vab = 174.4 mV
Jawapan
Vab = 174.4 mV
Anggaran linear Vs·ΔR/(4R) = 187.5 mV adalah 7.5 % terlalu tinggi: jambatan suku tidak betul-betul linear.
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vo = 10.5 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 = 2.1·500·10⁻⁶ = 0.00105
Output jambatan
Vo = Vs·GF·ε = 10·0.00105 = 10.5 mV
Jawapan
Vo = 10.5 mV
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 + A′BC′ + AB′
Baris dengan F = 1
ABC = 001, 010, 100, 101
N = 4
Jawapan
N = 4
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 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 JK: 00 kekal, 01 set semula (Q = 0), 10 set (Q = 1), 11 bertukar keadaan.