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 = 100 mempunyai pincang pembahagi voltan daripada VCC = 20 V: R₁ = 100 kΩ dari VCC ke tapak dan R₂ = 12 kΩ dari tapak ke bumi. Perintang pengumpul ialah RC = 1 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.
Diod dimodelkan sebagai 0.65 V bersiri dengan 5 Ω (ia mengalir di atas 0.65 V). Ia bersiri dengan perintang 470 Ω merentasi bekalan 5 V. Cari arus operasi ID di mana garis diod bertemu garis beban.
Vs = 5 VR = 470 ΩV0 = 0.65 Vrd = 5 Ω
ID = mA
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 95% daripada nilai akhirnya? Cari t.
Vs = 6 VR = 100 ΩL = 10 mH
t = ms
6.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 5 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 14 V? Cari t.
Penukar buck unggul menukar 9 V kepada 3.6 V untuk beban 2 Ω pada 250 kHz. Cari kearuhan terkecil Lcrit untuk pengaliran selanjar.
Vin = 9 VVo = 3.6 Vf = 250 kHzR = 2 Ω
Lcrit = µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSederhana
Jambatan mempunyai empat lengan 250 Ω dan Vs = 3 V. Penderia R₂ bertambah sebanyak ΔR = 50 Ω. Cari output tepat Vab dalam mV.
Vs = 3 VR = 250 ΩΔR = 50 Ω
Vab = mV
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikanSukar
Tolok terikan (GF = 2) pada anggota dengan E = 110 GPa membentuk jambatan suku yang diujakan dengan 3 V. Output menunjukkan 1.2 mV. Cari tegasan paksi σ dalam MPa.
Vs = 3 VGF = 2Vo = 1.2 mVE = 110 GPa
σ = MPa
13.Logik digital: get, peta K & flip-flopSederhana
Dalam peta Karnaugh ini tepat satu 1 tidak mempunyai 1 yang berjiran, maka ia kekal sebagai kumpulan satu sel (minterm penuh empat literal) dalam bentuk SOP minimum. Jiran merentasi tepi peta dikira. Klik sel itu.
F = Σm(0, 1, 2, 7, 10, 11, 12, 13)
1AB = 00, CD = 00
2AB = 00, CD = 01
3AB = 00, CD = 11
4AB = 00, CD = 10
5AB = 01, CD = 00
6AB = 01, CD = 01
7AB = 01, CD = 11
8AB = 01, CD = 10
9AB = 11, CD = 00
10AB = 11, CD = 01
11AB = 11, CD = 11
12AB = 11, CD = 10
13AB = 10, CD = 00
14AB = 10, CD = 01
15AB = 10, CD = 11
16AB = 10, CD = 10
14.Logik digital: get, peta K & flip-flopSukar
Flip-flop D dicetus pinggir positif bermula dengan Q = 0 dan menerima input yang ditunjukkan pada 6 pinggir jam menaik. Berapa kali N Q berubah keadaan?
Q₀ = 0D
N =
3Larutan
1.Diod & transistor
Jawapan: VCE = 18 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 = 20·12/(100 + 12) = 2.143 V
RTH = 100·12/(100 + 12) = 10.71 kΩ
Arus tapak
KVL mengelilingi gelung tapak; arus pemancar ialah (β + 1)·IB.
IB = (2.143 − 0.7)/(10.71 + 101·2.2) = 6.195 µA
Arus pengumpul
IC = 100·6.195 µA = 0.6195 mA
IE = 101·6.195 µA = 0.6257 mA
Voltan pengumpul–pemancar
VCE = 20 − 0.6195·1 − 0.6257·2.2 = 18 V
Jawapan
VCE = 18 V
2.Diod & transistor
Jawapan: ID = 9.158 mA
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).
Gabungkan kedua-dua persamaan
5 = 0.65 + I·(470 + 5)
Arus operasi
ID = 4.35/475 = 9.158 mA
VD = 0.65 + 0.009158·5 = 0.6958 V
Jawapan
ID = 9.158 mA
3.Litar op-amp
Jawapan: Vout = 0.234 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 = 1.8/4.7 = 0.383 mA
I2 = V2/R2 = −1.3/100 = −0.013 mA
If = I1 + I2 = 0.37 mA
Jawapan
If = 0.37 mA
5.Fana RC & RL
Jawapan: t = 0.2996 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 = 10 mH / 100 Ω = 0.1 ms
i(∞) = Vs/R = 6/100 = 0.06 A
Selesaikan untuk masa
0.95 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.95)
t = −0.1·ln(0.05) = 0.2996 ms
Jawapan
t = 0.2996 ms
6.Fana RC & RL
Jawapan: t = 430.7 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((5 − 20)/(14 − 20)) = 470·ln(2.5) = 430.7 ms
Jawapan
t = 430.7 ms
7.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.6957 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 = 10 + 6 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 12·16/(12+16) = 6.857 Ω
Req = R1 + 6.857 = 3 + 6.857 = 9.857 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 12/9.857 = 1.217 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 1.217·3 = 8.348 V
IR2 = VA/R2 = 8.348/12 = 0.6957 A
Jawapan
IR2 = 0.6957 A
8.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.5175 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 = 12 + 6 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 8.182 Ω
R3 + 8.182 = 13.18 Ω
R2 ∥ 13.18 = 9.158 Ω
Req = R1 + 9.158 = 5 + 9.158 = 14.16 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 24/14.16 = 1.695 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 1.695·5 = 15.52 V
IR2 = VA/R2 = 15.52/30 = 0.5175 A
Jawapan
IR2 = 0.5175 A
9.Penukar DC-DC
Jawapan: Imax = 1.058 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 = 10.5/15 = 0.7
Arus purata dan riak
Io = 10.5/15 = 0.7 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 4.5·0.7/(220·10⁻⁶·20·10³) = 0.7159 A
Arus puncak
Imax = 0.7 + 0.7159/2 = 1.058 A
Jawapan
Imax = 1.058 A
10.Penukar DC-DC
Jawapan: Lcrit = 2.4 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 = 3.6/9 = 0.4
Syarat sempadan
Tetapkan arus induktor purata sama dengan separuh arus riak dan selesaikan untuk L.
Lcrit = (1 − D)·R/(2f)
Kearuhan genting
Lcrit = (1 − 0.4)·2/(2250·10³) = 2.4 µH
Jawapan
Lcrit = 2.4 µH
11.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: Vab = 136.4 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 = 3·300/550 = 1.636 V
Vb = 1.5 V
Pengeluaran
Vab = 136.4 mV
Jawapan
Vab = 136.4 mV
Anggaran linear Vs·ΔR/(4R) = 150 mV adalah 10 % terlalu tinggi: jambatan suku tidak betul-betul linear.
12.Jambatan Wheatstone & tolok terikan
Jawapan: σ = 88 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 = 4·0.0012/(3·2) = 0.0008
Tegasan
σ = 110·10³ MPa·0.0008 = 88 MPa
Jawapan
σ = 88 MPa
13.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: AB = 01, CD = 11
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.
Jiran bagi setiap 1
1 yang mempunyai jiran 1 boleh menyertai kumpulan dua atau lebih.
m7: m6, m5, m3, m15 → 0
1 yang terpencil
m7 = A′BCD → AB = 01, CD = 11
Jawapan
AB = 01, CD = 11
14.Logik digital: get, peta K & flip-flop
Jawapan: N = 3
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 D menyalin D pada setiap pinggir menaik: Q⁺ = D.