Elektronik 1: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 14 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharu Kembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Diod & transistor

Diod (susutan malar): V_D = 0.7 V when conducting
Kawasan aktif: V_BE = 0.7 V, I_C = β·I_B, I_E = (β + 1)·I_B
Pincang tetap: I_B = (V_CC − 0.7)/R_B
Pincang pembahagi: I_B = (V_TH − 0.7)/(R_TH + (β + 1)R_E)
Thévenin bagi pembahagi: V_TH = V_CC·R₂/(R₁ + R₂), R_TH = R₁∥R₂
Gelung pengumpul: V_CE = V_CC − I_CR_C − I_ER_E
Ketepuan: I_C(sat) = (V_CC − V_CE(sat))/R_C, I_B ≥ I_C(sat)/β

Litar op-amp

Penguat menyongsang: V_out = −(R_f/R_in)·V_in
Penguat tak menyongsang: V_out = (1 + R_f/R₁)·V_in
Penguat penambah: V_out = −R_f(V₁/R₁ + V₂/R₂)
Op-amp unggul: V₊ = V₋, I_in = 0

Fana RC & RL

Pemalar masa: τ = RC | τ = L/R
Sambutan: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Kapasitor pada AT: litar buka; v_C tidak boleh melompat
Induktor pada AT: litar pintas; i_L tidak boleh melompat
Mantap: t ≈ 5τ

Kaedah

Cari nilai awal sejurus selepas pensuisan: voltan kapasitor dan arus induktor tidak boleh melompat.
Cari nilai akhir lama selepas pensuisan: kapasitor bertindak sebagai litar buka, induktor sebagai litar pintas.
Cari pemalar masa: τ = RC atau τ = L/R, menggunakan rintangan yang dilihat oleh kapasitor atau induktor.
Gunakan x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

Perintang bersiri & selari

Perintang bersiri: R_eq = R₁ + R₂ + …
Perintang selari: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Dua secara selari: R_eq = R₁R₂ / (R₁ + R₂)
Hukum Ohm: V = I·R
Kuasa: P = V·I = I²R = V²/R

Kaedah

Mulakan di hujung rangkaian yang paling jauh daripada terminal.
Gabungkan perintang secara bersiri dengan menambahnya, dan perintang secara selari dengan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Lukis semula litar selepas setiap langkah.
Ulang sehingga tinggal satu perintang antara terminal.

Penukar DC-DC

Buck: V_o = D·V_in
Boost: V_o = V_in/(1 − D)
Buck-boost menyongsang: |V_o| = V_in·D/(1 − D)
Imbangan kuasa unggul: V_inI_in = V_oI_o
Riak induktor: ΔI_L = V_L,on·D/(L·f); buck V_in − V_o, boost and buck-boost V_in
Arus induktor purata: buck I_o; boost dan buck-boost I_o/(1 − D)
Riak output: buck ΔI_L/(8fC); boost dan buck-boost I_o·D/(fC)
Sempadan CCM: buck (1 − D)R/(2f); boost D(1 − D)²R/(2f); buck-boost (1 − D)²R/(2f)

Kaedah

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 ΔI_L = V_L·D/(L·f).
Untuk riak output, cari cas yang mengalir masuk dan keluar kapasitor; untuk sempadan CCM, tetapkan arus induktor purata sama dengan ΔI_L/2.

Jambatan Wheatstone & tolok terikan

Voltan pembahagi: V_a = V_sR₂/(R₁ + R₂), V_b = V_sR₄/(R₃ + R₄)
Pengeluaran: V_ab = V_a − V_b
Imbangan: R₁/R₂ = R₃/R₄
Jambatan wayar gelongsor: R/R_x = l/(100 − l)
Rintangan Thévenin: R_th = R₁∥R₂ + R₃∥R₄
Faktor tolok: ΔR/R = GF·ε
Output jambatan: suku V_s·GF·ε/4, separuh V_s·GF·ε/2, penuh V_s·GF·ε
Perubahan kecil, satu lengan: V_ab ≈ V_s·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 V_a dan V_b daripada pembahagi dan tolakkannya; gunakan setara Thévenin apabila meter membebani output.
Untuk tolok terikan, tukarkan terikan kepada ΔR/R = GF·ε dan gunakan V_s·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; f_out = f_clk/N
Pembilang riak: f_max = 1/(n·t_pd)
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 24 V melalui 470 Ω dan membekalkan beban 2200 Ω. Cari arus Zener I_Z.

V_in = 24 VV_Z = 9.1 VR = 470 ΩR_L = 2200 Ω

I_Z = mA

2.Diod & transistorSukar

Pengatur Zener 5.6 V mempunyai perintang siri 100 Ω. Input boleh naik kepada 26 V, dan beban mungkin diputuskan. Cari kuasa terbesar P_Z,max yang mesti dilesapkan oleh Zener.

V_in,max = 26 VV_Z = 5.6 VR = 100 Ω

P_Z,max = mW

3.Litar op-ampSederhana

Op-amp adalah unggul dan beroperasi daripada bekalan ±15 V. Cari voltan keluaran V_out.

V_in = −0.5 VR₁ = 10 kΩR_f = 22 kΩ

V_out = 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 V_in = 0.4 V dikenakan pada t = 0. Cari voltan keluaran V_out pada t = 100 ms.

V_in = 0.4 VR = 22 kΩC = 0.22 µFV_sat = ±14 Vt = 100 ms

V_out = V

5.Fana RC & RLSederhana

Induktor membawa arus mantap 3 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 0.3 A? Cari t.

i(0) = 3 AR = 22 ΩL = 10 mH

t = ms

6.Fana RC & RLSukar

Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 8 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk v_C mencapai 11.5 V? Cari t.

V_s = 15 VR = 2.2 kΩC = 10 µFv_C(0) = 8 V

t = ms

7.Perintang bersiri & selariSederhana

Cari arus I_R2 melalui R₂.

V₁ = 10 VR₁ = 5 ΩR₂ = 8 ΩR₃ = 6 ΩR₄ = 5 Ω

I_R2 = A

8.Perintang bersiri & selariSukar

Cari rintangan setara R_eq yang dilihat oleh sumber V₁.

V₁ = 9 VR₁ = 3 ΩR₂ = 25 ΩR₃ = 6 ΩR₄ = 12 ΩR₅ = 5 ΩR₆ = 4 Ω

R_eq = Ω

9.Penukar DC-DCSederhana

Penukar buck menukar 36 V kepada 25.2 V untuk beban 2 Ω. Ia disuis pada 40 kHz dengan L = 100 µH. Cari arus induktor puncak I_max.

Vin = 36 VVo = 25.2 Vf = 40 kHzL = 100 µHR = 2 Ω

I_max = A

10.Penukar DC-DCSukar

Penukar buck-boost menyongsang unggul menukar 48 V kepada −48 V untuk beban 12 Ω pada 200 kHz. Cari kearuhan terkecil L_crit untuk pengaliran selanjar.

Vin = 48 VVo = −48 Vf = 200 kHzR = 12 Ω

L_crit = µH

11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana

Tolok terikan 100 Ω ialah satu lengan (R₂) jambatan dengan empat lengan 100 Ω yang sama dan pengujaan 3 V. Cari kuasa P_g yang dilesapkan dalam tolok, dalam mW. Pemanasan sendiri mengehadkan pengujaan.

V_s = 3 VR = 100 Ω

P_g = mW

12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar

Jambatan suku (satu tolok aktif, GF = 2) diujakan dengan 2.5 V. Terikan terbesar yang hendak diukur ialah 400 µε, dan ia mesti memberikan 5 V pada input penukar analog-ke-digital. Cari gandaan penguat G.

V_s = 2.5 VGF = 2ε_max = 400 µεV_FS = 5 V

G =

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 = C′, I₂ = C′, I₃ = 1. Bagi berapa daripada 8 gabungan A, B dan C output F = 1? Cari N.

I₀ = 1I₁ = C′I₂ = C′I₃ = 1

N =

14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar

pembilang mod-9 segerak mengira 0, 1, …, 8 dan kemudian kembali ke 0. Ia bermula pada 3. Apakah kiraan Q (dalam perpuluhan) yang ditunjukkan selepas 10 denyut jam?

Q₀ = 310N = 9

Q =

3Larutan

1.Diod & transistor

Jawapan: I_Z = 27.57 mA

Pengatur Zener: diod Zener pincang songsang mengekalkan voltannya V_Z selagi arusnya kekal di atas minimum I_Z,min. Perintang siri R menanggung beza antara input dan output: I_R = (V_in − V_Z)/R. Arus itu terbahagi antara beban, I_L = V_Z/R_L, dan Zener: I_Z = I_R − I_L. Reka untuk kes terburuk: input terendah dengan beban terbesar masih mesti meninggalkan I_Z,min, dan input tertinggi tanpa beban memberikan kuasa Zener terbesar P_Z = V_Z·I_Z.

Arus perintang

I_R = 14.9/470 = 31.7 mA

Arus beban

I_L = 9.1/2200 = 4.136 mA

Arus Zener

I_Z = 31.7 − 4.136 = 27.57 mA

Jawapan

I_Z = 27.57 mA

2.Diod & transistor

Jawapan: P_Z,max = 1142 mW

Arus Zener kes terburuk

I_Z = 20.4/100 = 204 mA

Kuasa Zener

P_Z = 5.6·204 = 1142 mW

Jawapan

P_Z,max = 1142 mW

3.Litar op-amp

Jawapan: V_out = −1.6 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 = −0.5/10 = −0.05 mA

Voltan keluaran

Arus melalui R₁ juga mengalir melalui R_f.

V_out = V₋ + I·R_f = −0.5 + (−0.05)·22 = −1.6 V

Jawapan

V_out = −1.6 V

4.Litar op-amp

Jawapan: V_out = −8.264 V

Arus masukan dan kadar cerun

kΩ darab µF memberikan milisaat.

RC = 22 kΩ · 0.22 µF = 4.84 ms

kadar cerun = −V_in/(RC) = −0.4/4.84 = −0.08264 V/ms

Keluaran pada masa yang diberikan

Nilai unggul terletak di dalam ±V_sat, maka pengamir belum terpotong.

V_out = −V_in·t/(RC) = −0.4·100/4.84 = −8.264 V

Jawapan

V_out = −8.264 V

5.Fana RC & RL

Jawapan: t = 1.047 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 = 10 mH / 22 Ω = 0.4545 ms

Selesaikan untuk masa

0.3 = 3·e^−t/τ → t = τ·ln(3/0.3)

t = 0.4545·ln(10) = 1.047 ms

Jawapan

t = 1.047 ms

6.Fana RC & RL

Jawapan: t = 15.25 ms

Nilai awal, nilai akhir, pemalar masa

Voltan kapasitor tidak boleh melompat, jadi ia bermula pada nilai yang tersimpan dan menuju ke voltan sumber.

v_C(0) = 8 V, v_C(∞) = V_s = 15 V

τ = R·C = 2.2 kΩ · 10 µF = 22 ms

v_C(t) = 15 + (8 − 15)·e^−t/τ

Selesaikan untuk masa

11.5 = 15 + (−7)·e^−t/τ → e^−t/τ = (11.5 − 15)/(8 − 15) = 0.5

t = τ·ln((8 − 15)/(11.5 − 15)) = 22·ln(2) = 15.25 ms

Jawapan

t = 15.25 ms

7.Perintang bersiri & selari

Jawapan: I_R2 = 0.6011 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 + 5 = 11 Ω

R₂ ∥ 11 = 8·11/(8+11) = 4.632 Ω

R_eq = R₁ + 4.632 = 5 + 4.632 = 9.632 Ω

Arus daripada sumber

Sumber hanya melihat R_eq, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 10/9.632 = 1.038 A

Arus melalui R₂

Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 10 − 1.038·5 = 4.809 V

I_R2 = V_A/R₂ = 4.809/8 = 0.6011 A

Jawapan

I_R2 = 0.6011 A

8.Perintang bersiri & selari

Jawapan: R_eq = 10.71 Ω

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 = 5 + 4 = 9 Ω

R₄ ∥ 9 = 5.143 Ω

R₃ + 5.143 = 11.14 Ω

R₂ ∥ 11.14 = 7.708 Ω

R_eq = R₁ + 7.708 = 3 + 7.708 = 10.71 Ω

Jawapan

R_eq = 10.71 Ω

9.Penukar DC-DC

Jawapan: I_max = 13.54 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 V_o = D·V_in, boost V_o = V_in/(1 − D), buck-boost menyongsang |V_o| = V_in·D/(1 − D). Penukar unggul mengekalkan kuasa: V_in·I_in = V_o·I_o. Semasa S hidup, arus induktor naik sebanyak ΔI_L = V_L·D·T/L, dengan V_L = V_in − V_o untuk buck dan V_in untuk boost dan buck-boost. Riak output ialah ΔV_o = ΔI_L/(8fC) untuk buck dan I_o·D/(fC) untuk boost dan buck-boost. Arus induktor hanya menyentuh sifar (sempadan CCM) apabila arus induktor purata sama dengan ΔI_L/2.

Kitar tugas

D = 25.2/36 = 0.7

Arus purata dan riak

I_o = 25.2/2 = 12.6 A

ΔI_L = V_L·D/(L·f) = 10.8·0.7/(100·10⁻⁶·40·10³) = 1.89 A

Arus puncak

I_max = 12.6 + 1.89/2 = 13.54 A

Jawapan

I_max = 13.54 A

10.Penukar DC-DC

Jawapan: L_crit = 7.5 µH

Kitar tugas

D = 48/(48 + 48) = 0.5

Syarat sempadan

Tetapkan arus induktor purata sama dengan separuh arus riak dan selesaikan untuk L.

L_crit = (1 − D)²·R/(2f)

Kearuhan genting

L_crit = (1 − 0.5)²·12/(2200·10³) = 7.5 µH

Jawapan

L_crit = 7.5 µH

11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan

Jawapan: P_g = 22.5 mW

Jambatan Wheatstone: dua pembahagi voltan berkongsi satu bekalan V_s. Pembahagi kiri R₁–R₂ memberikan V_a = V_s·R₂/(R₁ + R₂) dan pembahagi kanan R₃–R₄ memberikan V_b = V_s·R₄/(R₃ + R₄); outputnya ialah V_ab = V_a − V_b. Jambatan seimbang (V_ab = 0, tiada arus dalam meter) apabila R₁/R₂ = R₃/R₄, iaitu R₁·R₄ = R₂·R₃. Dilihat dari output, jambatan ialah sumber Thévenin dengan R_th = R₁∥R₂ + R₃∥R₄.

Voltan merentasi tolok

V = 3/2 = 1.5 V

Kuasa

P_g = 1.5²/100 = 22.5 mW

Jawapan

P_g = 22.5 mW

12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan

Jawapan: G = 10000

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 V_o ≈ V_s·GF·ε/4. Dua tolok aktif dengan terikan bertentangan pada lengan bersebelahan (jambatan separuh) memberikan V_s·GF·ε/2, dan empat (jambatan penuh) memberikan V_s·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.

Output jambatan pada skala penuh

V_o = 0.5 mV

Gandaan

G = 5/0.0005 = 10000

Jawapan

G = 10000

13.Logik digital: get, peta K & flip-flop

Jawapan: N = 6

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′ + A′BC′ + AB′C′ + AB

Baris dengan F = 1

ABC = 000, 001, 010, 100, 110, 111

N = 6

Jawapan

N = 6

14.Logik digital: get, peta K & flip-flop

Jawapan: Q = 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 f_clk/N. Pembilang Johnson dengan n flip-flop mempunyai 2n keadaan, pembilang gelang n.

Kitaran penuh

Setiap 9 denyut membawa pembilang kembali ke keadaan yang sama.

10 = 1·9 + 1

Kiraan selepas denyut yang tinggal

Q = (3 + 1) mod 9 = 4

Q = 0100₂

Jawapan

Q = 4

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1