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 = 12 V: R₁ = 47 kΩ dari VCC ke tapak dan R₂ = 15 kΩ dari tapak ke bumi. Perintang pengumpul ialah RC = 3.3 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.
Satu transistor NPN dengan β = 150 menyuis perintang beban 330 Ω yang disambung antara VCC = 9 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. Cari perintang tapak terbesar RB, dalam kΩ, yang masih memacu transistor tepat ke dalam ketepuan.
Pilih perintang suap balik Rf yang memberikan penguat tak menyongsang ini gandaan voltan 31.
R1 = 47 kΩAv = 31
Rf = kΩ
4.Litar op-ampSukar
Penguat penambah menggunakan op-amp unggul dengan bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran Vout.
V1 = 1.8 VV2 = 1.3 VR1 = 1 kΩR2 = 10 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
5.Fana RC & RLSederhana
Induktor membawa arus mantap 2.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Berapa lamakah masa yang diambil untuk arus jatuh kepada 0.625 A? Cari t.
i(0) = 2.5 AR = 15 ΩL = 100 mH
t = ms
6.Fana RC & RLSukar
Suis telah ditutup untuk masa yang lama, maka litar berada dalam keadaan mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari voltan kapasitor vC pada t = 500 ms.
Vs = 15 VR1 = 4.7 kΩR2 = 3.3 kΩC = 220 µFt = 500 ms
vC = V
7.Perintang bersiri & selariSederhana
Cari rintangan setara Req yang dilihat oleh sumber V1.
V1 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 3 Ω
Req = Ω
8.Perintang bersiri & selariSukar
Cari rintangan setara Req yang dilihat oleh sumber V1.
Penukar buck-boost menyongsang unggul menukar 24 V kepada −72 V pada 20 kHz dengan L = 330 µH. Cari arus riak puncak-ke-puncak induktor ΔIL.
Vin = 24 VVo = −72 Vf = 20 kHzL = 330 µH
ΔIL = A
10.Penukar DC-DCSukar
Penukar buck unggul menukar 9 V kepada 4.5 V untuk beban 4 Ω pada 200 kHz. Cari kearuhan terkecil Lcrit untuk pengaliran selanjar.
Vin = 9 VVo = 4.5 Vf = 200 kHzR = 4 Ω
Lcrit = µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Jambatan mempunyai empat lengan 200 Ω dan Vs = 12 V. Penderia R₂ bertambah sebanyak ΔR = 1.6 Ω. Dengan menggunakan penghampiran perubahan kecil, cari output Vab dalam mV.
Vs = 12 VR = 200 ΩΔR = 1.6 Ω
Vab = mV
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Jambatan dengan lengan 1000 Ω diujakan dengan 5 V dan mempunyai empat tolok aktif, dua dalam tegangan dan dua dalam mampatan (jambatan penuh). Faktor tolok ialah 2.12 dan terikan ialah 750 µε. Cari output jambatan Vo dalam mV.
Vs = 5 VGF = 2.12ε = 750 µε
Vo = mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flopSederhana
Permudahkan F = BC′ + ABC′ + A′C + B′C′ kepada bentuk hasil tambah hasil darab minimum. Berapa banyak literal L yang terkandung dalam ungkapan yang dipermudah?
F = BC′ + ABC′ + A′C + B′C′
L =
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
pembilang naik perduaan 3-bit bermula pada 6 (perpuluhan, Q = 110). Apakah kiraan Q (dalam perpuluhan) yang ditunjukkan selepas 15 denyut jam?
Q0 = 615n = 3
Q =
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: VCE = 6.695 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 = 12·15/(47 + 15) = 2.903 V
RTH = 47·15/(47 + 15) = 11.37 kΩ
Arus tapak
KVL mengelilingi gelung tapak; arus pemancar ialah (β + 1)·IB.
IB = (2.903 − 0.7)/(11.37 + 151·2.2) = 6.413 µA
Arus pengumpul
IC = 150·6.413 µA = 0.9619 mA
IE = 151·6.413 µA = 0.9683 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 12 − 0.9619·3.3 − 0.9683·2.2 = 6.695 V
Jawapan
VCE = 6.695 V
2.Diod & transistor
Jawapan: RB = 24.19 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)/330 = 26.67 mA
Arus tapak minimum
IB(min) = IC(sat)/β = 26.67/150 = 177.8 µA
Perintang tapak
RB = (5 − 0.7)/IB = 4.3 V/0.1778 mA = 24.19 kΩ
Jawapan
RB = 24.19 kΩ
Sebarang perintang tapak yang lebih kecil juga menepukan transistor; dalam amalan anda memilih yang beberapa kali ganda lebih kecil.
3.Litar op-amp
Jawapan: Rf = 1410 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 = (31 − 1)·47 = 1410 kΩ
Jawapan
Rf = 1410 kΩ
4.Litar op-amp
Jawapan: Vout = −1.93 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 = 1.8/1 = 1.8 mA
I2 = V2/R2 = 1.3/10 = 0.13 mA
If = I1 + I2 = 1.93 mA
Voltan keluaran
Vout = −Rf·If = −1·1.93 = −1.93 V
Jawapan
Vout = −1.93 V
5.Fana RC & RL
Jawapan: t = 9.242 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
τ = L/R = 100 mH / 15 Ω = 6.667 ms
Selesaikan untuk masa
0.625 = 2.5·e−t/τ → t = τ·ln(2.5/0.625)
t = 6.667·ln(4) = 9.242 ms
Jawapan
t = 9.242 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 3.108 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.
Voltan awal kapasitor
Dalam keadaan mantap kapasitor ialah litar terbuka, maka R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan. Voltan kapasitor tidak boleh melompat apabila suis dibuka.
vC(0) = 15·3.3/(4.7 + 3.3) = 6.188 V
Pemalar masa selepas suis dibuka
τ = R2·C = 3.3·220 = 726 ms
Nyahcas
vC(t) = 6.188·e−500/726 = 3.108 V
Jawapan
vC = 3.108 V
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 14.5 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 = 2 + 3 = 5 Ω
R2 ∥ 5 = 5·5/(5+5) = 2.5 Ω
Req = R1 + 2.5 = 12 + 2.5 = 14.5 Ω
Jawapan
Req = 14.5 Ω
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 8.228 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 = 3.111 Ω
R3 + 3.111 = 9.111 Ω
R2 ∥ 9.111 = 3.228 Ω
Req = R1 + 3.228 = 5 + 3.228 = 8.228 Ω
Jawapan
Req = 8.228 Ω
9.Penukar DC-DC
Jawapan: ΔIL = 2.727 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 = 72/(24 + 72) = 0.75
Voltan induktor semasa masa hidup
Semasa S hidup, induktor berada terus merentasi Vin.
VL = 24 V
Arus riak
ΔIL = VL·D/(L·f) = 24·0.75/(330·10⁻⁶·20·10³) = 2.727 A
Jawapan
ΔIL = 2.727 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: Lcrit = 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 = 4.5/9 = 0.5
Syarat sempadan
Tetapkan arus induktor purata sama dengan separuh arus riak dan selesaikan untuk L.
Lcrit = (1 − D)·R/(2f)
Kearuhan genting
Lcrit = (1 − 0.5)·4/(2200·10³) = 5 µH
Jawapan
Lcrit = 5 µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vab = 24 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.
Perubahan relatif
ΔR/R = 1.6/200 = 0.008
Output terlinear
Vab ≈ 12·0.008/4 = 24 mV
Jawapan
Vab = 24 mV
Nilai tepatnya ialah 23.9 mV; penghampiran itu baik selagi ΔR/R kecil.
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vo = 7.95 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 = 2.12·750·10⁻⁶ = 0.00159
Output jambatan
Vo = Vs·GF·ε = 5·0.00159 = 7.95 mV
Jawapan
Vo = 7.95 mV
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: L = 2
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
BC′ → m(2, 6)
ABC′ → m(6)
A′C → m(1, 3)
B′C′ → m(0, 4)
Kumpulkan dan baca
F = C′ + A′
Kira literal
L = 2
Jawapan
L = 2
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: Q = 5
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.
Kitaran penuh
Setiap 8 denyut membawa pembilang kembali ke keadaan yang sama.