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
5 LED kuning (voltan depan 2.1 V setiap satu) disambung bersiri dengan perintang kepada bekalan 12 V. Cari rintangan R yang menetapkan arus kepada 10 mA.
Vs = 12 VVF = 2.1 Vn = 5I = 10 mA
R = Ω
2.Diod & transistorSukar
Satu transistor NPN dengan β = 50 menyuis perintang beban 680 Ω yang disambung antara VCC = 24 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. Untuk pensuisan yang boleh dipercayai, reka bentuk untuk arus tapak 5 kali ganda minimum yang diperlukan untuk ketepuan. Cari RB dalam kΩ.
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 99% daripada nilai akhirnya? Cari t.
Vs = 5 VR = 33 ΩL = 150 mH
t = ms
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 4.5 V, tepat 20 ms selepas permulaan. Dengan R = 47 kΩ, cari kemuatan C yang diperlukan.
Vs = 5 VVth = 4.5 VT = 20 msR = 47 kΩ
C = µF
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari rintangan setara Req yang dilihat oleh sumber V1.
Penukar buck menukar 36 V kepada 25.2 V pada 40 kHz dengan L = 330 µH. Cari kapasitans output C yang mengehadkan riak output puncak-ke-puncak kepada 20 mV.
Galvanometer dengan rintangan 500 Ω disambungkan antara a dan b jambatan yang ditunjukkan (Vs = 10 V). Cari arus galvanometer Ig dari a ke b, dalam µA.
Tolok terikan (GF = 2) pada anggota dengan E = 210 GPa membentuk jambatan suku yang diujakan dengan 5 V. Output menunjukkan 3 mV. Cari tegasan paksi σ dalam MPa.
Vs = 5 VGF = 2Vo = 3 mVE = 210 GPa
σ = MPa
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 = 1, I₁ = 0, I₂ = 0, I₃ = 0. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.
I₀ = 1I₁ = 0I₂ = 0I₃ = 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. Klik pinggir jam pertama yang Q-nya berubah daripada 1 kembali kepada 0.
Q₀ = 0JK
1pinggir jam 1
2pinggir jam 2
3pinggir jam 3
4pinggir jam 4
5pinggir jam 5
6pinggir jam 6
7pinggir jam 7
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: R = 150 Ω
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).
Voltan merentasi perintang
VR = 12 − 5·2.1 = 1.5 V
Rintangan
R = 1.5/0.01 = 150 Ω
Jawapan
R = 150 Ω
Perintang melesapkan 15 mW.
2.Diod & transistor
Jawapan: RB = 1.229 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) = (24 − 0.2)/680 = 35 mA
Arus tapak minimum
IB(min) = IC(sat)/β = 35/50 = 700 µA
Arus tapak reka bentuk
IB = 5·700 µA = 3500 µA
Perintang tapak
RB = (5 − 0.7)/IB = 4.3 V/3.5 mA = 1.229 kΩ
Jawapan
RB = 1.229 kΩ
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = 0.88 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
V₋ = 0, jadi setiap perintang masukan mempunyai voltan masukan penuhnya merentasinya.
I1 = V1/R1 = 1.9/10 = 0.19 mA
I2 = V2/R2 = 1.1/47 = 0.0234 mA
If = I1 + I2 = 0.2134 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −4.7·0.2134 = −1.003 V
Jawapan
Vout = −1.003 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: t = 20.93 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.
Pemalar masa dan arus akhir
Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.
τ = L/R = 150 mH / 33 Ω = 4.545 ms
i(∞) = Vs/R = 5/33 = 0.1515 A
Selesaikan untuk masa
0.99 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.99)
t = −4.545·ln(0.01) = 20.93 ms
Jawapan
t = 20.93 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: C = 0.1848 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
4.5 = 5·(1 − e−20/τ) → τ = 20/ln(5/(5 − 4.5))
τ = 20/2.303 = 8.686 ms
Kapasitans
kΩ darab µF memberikan milisaat.
C = τ/R = 8.686/47 = 0.1848 µF
Jawapan
C = 0.1848 µF
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 11.68 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 = 12 + 2 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 5·14/(5+14) = 3.684 Ω
Req = R1 + 3.684 = 8 + 3.684 = 11.68 Ω
Jawapan
Req = 11.68 Ω
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.3139 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 = 4 + 25 = 29 Ω
R4 ∥ 29 = 2.719 Ω
R3 + 2.719 = 6.719 Ω
R2 ∥ 6.719 = 4.307 Ω
Req = R1 + 4.307 = 30 + 4.307 = 34.31 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/34.31 = 0.8745 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 0.8745·30 = 3.766 V
IR2 = VA/R2 = 3.766/12 = 0.3139 A
Jawapan
IR2 = 0.3139 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: Imax = 4.811 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 = 21.6/36 = 0.6
Arus purata dan riak
Io = 21.6/5 = 4.32 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 14.4·0.6/(220·10⁻⁶·40·10³) = 0.9818 A
Arus puncak
Imax = 4.32 + 0.9818/2 = 4.811 A
Jawapan
Imax = 4.811 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: C = 89.49 µF
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 = 25.2/36 = 0.7
Arus riak induktor
ΔIL = (36 − 25.2)·0.7/(330·10⁻⁶·40·10³) = 0.5727 A
Kapasitans
C = 0.5727/(8·40·10³·20·10⁻³) = 89.49 µF
Jawapan
C = 89.49 µF
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Ig = −1047 µA
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 Thévenin
Vth = 10·(100/300 − 600/1400) = −0.9524 V
Rintangan Thévenin
Rth = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ = 409.5 Ω
Arus galvanometer
Ig = −0.9524/(409.5 + 500) = −1047 µA
Jawapan
Ig = −1047 µA
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: σ = 252 MPa
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.
Terikan
ε = 4·0.003/(5·2) = 0.0012
Tegasan
σ = 210·10³ MPa·0.0012 = 252 MPa
Jawapan
σ = 252 MPa
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′
Baris dengan F = 1
ABC = 000, 001
N = 2
Jawapan
N = 2
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 JK: 00 kekal, 01 set semula (Q = 0), 10 set (Q = 1), 11 bertukar keadaan.