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 = 80 mempunyai pincang pembahagi voltan daripada VCC = 18 V: R₁ = 68 kΩ dari VCC ke tapak dan R₂ = 15 kΩ dari tapak ke bumi. Perintang pengumpul ialah RC = 2.2 kΩ dan perintang pemancar ialah RE = 2.2 kΩ. Ambil VBE = 0.7 V dan gunakan setara Thévenin bagi pembahagi (jangan abaikan arus tapak). Cari voltan pengumpul–pemancar VCE.
Pengatur Zener 6.2 V mempunyai perintang siri 680 Ω. Input boleh naik kepada 21 V, dan beban mungkin diputuskan. Cari kuasa terbesar PZ,max yang mesti dilesapkan oleh Zener.
Vin,max = 21 VVZ = 6.2 VR = 680 Ω
PZ,max = mW
3.Litar op-ampSederhana
Penguat pembeza menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V, dengan R3 = R1 dan R4 = R2. Cari voltan keluaran Vout.
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 90% daripada nilai akhirnya? Cari t.
Vs = 5 VR = 33 ΩL = 47 mH
t = ms
6.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 6 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 8.1 V? Cari t.
Vs = 9 VR = 4.7 kΩC = 100 µFvC(0) = 6 V
t = ms
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari arus IR2 melalui R2.
V1 = 18 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
8.Perintang bersiri & selariSukar
Cari arus IR1 yang dibekalkan oleh sumber, yang mengalir melalui R1.
Penukar boost unggul menukar 12 V kepada 40 V untuk beban 8 Ω. Cari arus induktor purata IL.
Vin = 12 VVo = 40 VR = 8 Ω
IL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck-boost unggul menukar 9 V kepada −6 V untuk beban 12 Ω pada 200 kHz. Kapasitor output ialah 100 µF. Cari riak voltan output puncak-ke-puncak ΔVo dalam mV.
Vin = 9 VVo = −6 Vf = 200 kHzC = 100 µFR = 12 Ω
ΔVo = mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Jambatan mempunyai empat lengan 120 Ω dan Vs = 6 V. Penderia R₂ bertambah sebanyak ΔR = 6 Ω. Cari output tepat Vab dalam mV.
Vs = 6 VR = 120 ΩΔR = 6 Ω
Vab = mV
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Tolok terikan 120 Ω dengan faktor tolok 2 dilekatkan pada bar keluli. Di bawah beban rintangannya naik sebanyak 0.288 Ω. Cari terikan ε dalam mikroterikan (µε).
R = 120 ΩGF = 2ΔR = 0.288 Ω
ε = µε
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, 7, 9, 10, 11, 13, 14, 15). Berapa banyak literal L yang terkandung dalamnya secara keseluruhan (pemboleh ubah berperdana dikira satu literal)?
Cari bentuk SOP minimum bagi F(A, B, C, D) = Σm(1, 2, 9, 10, 11) + d(5, 13, 14), dengan d menandakan keadaan tidak peduli. Berapa banyak sebutan hasil darab N yang ada padanya?
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 = 18·15/(68 + 15) = 3.253 V
RTH = 68·15/(68 + 15) = 12.29 kΩ
Arus tapak
KVL mengelilingi gelung tapak; arus pemancar ialah (β + 1)·IB.
IB = (3.253 − 0.7)/(12.29 + 81·2.2) = 13.4 µA
Arus pengumpul
IC = 80·13.4 µA = 1.072 mA
IE = 81·13.4 µA = 1.086 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 18 − 1.072·2.2 − 1.086·2.2 = 13.25 V
Jawapan
VCE = 13.25 V
2.Diod & transistor
Jawapan: PZ,max = 134.9 mW
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 Zener kes terburuk
IZ = 14.8/680 = 21.76 mA
Kuasa Zener
PZ = 6.2·21.76 = 134.9 mW
Jawapan
PZ,max = 134.9 mW
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −0.9186 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 = −0.4/4.7 = −0.08511 mA
I2 = V2/R2 = −0.1/10 = −0.01 mA
If = I1 + I2 = −0.09511 mA
Jawapan
If = −0.09511 mA
5.Fana RC & RL
Jawapan: t = 3.279 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 = 47 mH / 33 Ω = 1.424 ms
i(∞) = Vs/R = 5/33 = 0.1515 A
Selesaikan untuk masa
0.9 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.9)
t = −1.424·ln(0.1) = 3.279 ms
Jawapan
t = 3.279 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: t = 565.9 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
Voltan kapasitor tidak boleh melompat, jadi ia bermula pada nilai yang tersimpan dan menuju ke voltan sumber.
t = τ·ln((6 − 9)/(8.1 − 9)) = 470·ln(3.333) = 565.9 ms
Jawapan
t = 565.9 ms
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 1.11 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 + 10 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 4·18/(4+18) = 3.273 Ω
Req = R1 + 3.273 = 10 + 3.273 = 13.27 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 18/13.27 = 1.356 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 1.356·10 = 4.438 V
IR2 = VA/R2 = 4.438/4 = 1.11 A
Jawapan
IR2 = 1.11 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 0.9347 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 = 20 + 15 = 35 Ω
R4 ∥ 35 = 7.778 Ω
R3 + 7.778 = 10.78 Ω
R2 ∥ 10.78 = 5.678 Ω
Req = R1 + 5.678 = 20 + 5.678 = 25.68 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 24/25.68 = 0.9347 A
Jawapan
IR1 = 0.9347 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: IL = 16.67 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 − 12/40 = 0.7
Arus beban
Io = 40/8 = 5 A
Arus induktor
IL = Io/(1 − D) = 5/0.3 = 16.67 A
Jawapan
IL = 16.67 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔVo = 10 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 = 6/12 = 0.5 A
Riak output
ΔVo = 0.5·0.4/(200·10³·100·10⁻⁶) = 10 mV
Jawapan
ΔVo = 10 mV
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vab = 73.17 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 = 6·126/246 = 3.073 V
Vb = 3 V
Pengeluaran
Vab = 73.17 mV
Jawapan
Vab = 73.17 mV
Anggaran linear Vs·ΔR/(4R) = 75 mV adalah 2.5 % terlalu tinggi: jambatan suku tidak betul-betul linear.
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: ε = 1200 µε
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 = 0.288/120 = 0.0024
Terikan
ε = 0.0024/2 = 0.0012 = 1200 µε
Jawapan
ε = 1200 µε
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: L = 12
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.
CD
B′C
AD
AC
A′BC′D′
Bentuk SOP minimum
F = CD + B′C + AD + AC + A′BC′D′
L = 12
Jawapan
L = 12
14.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.
Implikan perdana
Kumpulan terbesar yang boleh dibentuk daripada 1 dan X.
C′D, B′CD′, ACD′, AB′D, AB′C
Liputan minimum
F = C′D + B′CD′ + AB′D
N = 3
Jawapan
N = 3
Terdapat pengumpulan lain yang sama saiz; ia mempunyai bilangan sebutan dan literal yang sama.