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 9.1 V disuap daripada 12 V melalui 330 Ω dan membekalkan beban 1500 Ω. Cari arus Zener IZ.
Vin = 12 VVZ = 9.1 VR = 330 ΩRL = 1500 Ω
IZ = mA
2.Diod & transistorSukar
Satu transistor NPN dengan β = 150 menyuis perintang beban 470 Ω yang disambung antara VCC = 9 V dan pengumpulnya. Pemancar dibumikan. Tapak dipacu daripada keluaran logik 3.3 V melalui perintang tapak RB. Ambil VBE = 0.7 V dan VCE(sat) = 0.2 V. Untuk pensuisan yang boleh dipercayai, reka bentuk untuk arus tapak 10 kali ganda minimum yang diperlukan untuk ketepuan. Cari RB dalam kΩ.
Op-amp adalah unggul dan beroperasi daripada bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
Vin = −0.5 VR1 = 1 kΩRf = 10 kΩ
Vout = 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 = −0.2 V dikenakan pada t = 0. Cari voltan keluaran Vout pada t = 200 ms.
Penukar boost unggul menukar 48 V kepada 80 V pada 25 kHz dengan L = 330 µH. Cari arus riak puncak-ke-puncak induktor ΔIL.
Vin = 48 VVo = 80 Vf = 25 kHzL = 330 µH
ΔIL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck unggul menukar 9 V kepada 5.4 V untuk beban 20 Ω pada 100 kHz. Cari kearuhan terkecil Lcrit untuk pengaliran selanjar.
Vin = 9 VVo = 5.4 Vf = 100 kHzR = 20 Ω
Lcrit = µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Cari rintangan Thévenin Rth bagi jambatan yang ditunjukkan, dilihat dari terminal output a dan b.
Vs = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 250 ΩR3 = 50 ΩR4 = 250 Ω
Rth = Ω
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan dengan lengan 120 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 dan terikan ialah 600 µε. Cari output jambatan Vo dalam mV.
Vs = 3 VGF = 2ε = 600 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 = 0, I₃ = 0. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.
I₀ = C′I₁ = C′I₂ = 0I₃ = 0
N =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Cari bentuk SOP minimum bagi F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 7, 12, 14) + d(4, 6, 15), dengan d menandakan keadaan tidak peduli. Berapa banyak literal L yang terkandung dalamnya?
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 = 2.9/330 = 8.788 mA
Arus beban
IL = 9.1/1500 = 6.067 mA
Arus Zener
IZ = 8.788 − 6.067 = 2.721 mA
Jawapan
IZ = 2.721 mA
2.Diod & transistor
Jawapan: RB = 2.083 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) = (9 − 0.2)/470 = 18.72 mA
Arus tapak minimum
IB(min) = IC(sat)/β = 18.72/150 = 124.8 µA
Arus tapak reka bentuk
IB = 10·124.8 µA = 1248 µA
Perintang tapak
RB = (3.3 − 0.7)/IB = 2.6 V/1.248 mA = 2.083 kΩ
Jawapan
RB = 2.083 kΩ
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −5.5 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₊ = −0.5 V
I = V₋/R1 = −0.5/1 = −0.5 mA
Voltan keluaran
Arus melalui R₁ juga mengalir melalui Rf.
Vout = V₋ + I·Rf = −0.5 + (−0.5)·10 = −5.5 V
Jawapan
Vout = −5.5 V
4.Litar op-amp
Jawapan: Vout = 0.8264 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 = 22 kΩ · 2.2 µF = 48.4 ms
kadar cerun = −Vin/(RC) = −(−0.2)/48.4 = 0.004132 V/ms
Keluaran pada masa yang diberikan
Nilai unggul terletak di dalam ±Vsat, maka pengamir belum terpotong.
Vout = −Vin·t/(RC) = −(−0.2)·200/48.4 = 0.8264 V
Jawapan
Vout = 0.8264 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: W(∞) = 95.04 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 / 5 Ω = 6.6 ms
i(∞) = Vs/R = 12/5 = 2.4 A
Tenaga tersimpan
W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·33·2.4² = 95.04 mJ
Jawapan
W(∞) = 95.04 mJ
6.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.6877 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.
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) = 6/5 = 1.2 A
i(∞) = 6/(5 + 10) = 0.4 A
τ = L/R = 220/15 = 14.67 ms
i(t) = 0.4 + (1.2 − 0.4)·e−t/τ
Arus pada masa yang diberi
i(15) = 0.4 + (0.8)·e−15/14.67 = 0.6877 A
Jawapan
i = 0.6877 A
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 3.17 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 = 6 + 15 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 4·21/(4+21) = 3.36 Ω
Req = R1 + 3.36 = 3 + 3.36 = 6.36 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 24/6.36 = 3.774 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 3.774·3 = 12.68 V
IR2 = VA/R2 = 12.68/4 = 3.17 A
Jawapan
IR2 = 3.17 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 11.16 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 = 10 + 4 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 9.545 Ω
R3 + 9.545 = 14.55 Ω
R2 ∥ 14.55 = 5.161 Ω
Req = R1 + 5.161 = 6 + 5.161 = 11.16 Ω
Jawapan
Req = 11.16 Ω
9.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔIL = 2.327 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 − 48/80 = 0.4
Voltan induktor semasa masa hidup
Semasa S hidup, induktor berada terus merentasi Vin.
VL = 48 V
Arus riak
ΔIL = VL·D/(L·f) = 48·0.4/(330·10⁻⁶·25·10³) = 2.327 A
Jawapan
ΔIL = 2.327 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: Lcrit = 40 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 = 5.4/9 = 0.6
Syarat sempadan
Tetapkan arus induktor purata sama dengan separuh arus riak dan selesaikan untuk L.
Lcrit = (1 − D)·R/(2f)
Kearuhan genting
Lcrit = (1 − 0.6)·20/(2100·10³) = 40 µH
Jawapan
Lcrit = 40 µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Rth = 60.19 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 = 20·250/270 = 18.52 Ω
R₃∥R₄ = 50·250/300 = 41.67 Ω
Rintangan Thévenin
Rth = 60.19 Ω
Jawapan
Rth = 60.19 Ω
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vo = 1.8 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 = 2·600·10⁻⁶ = 0.0012
Output jambatan
Vo = Vs·GF·ε/2 = 3·0.0012/2 = 1.8 mV
Jawapan
Vo = 1.8 mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 2
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′
Baris dengan F = 1
ABC = 000, 010
N = 2
Jawapan
N = 2
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: L = 9
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.