Электроника 1: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (14) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Диоды и транзисторы

Диод (постоянное падение напряжения)
VD = 0,7 V when conducting
Активный режим
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Фиксированное смещение
IB = (VCC − 0,7)/RB
Смещение делителем напряжения
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Эквивалент Тевенена для делителя
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Контур коллектора
VCE = VCC − ICRC − IERE
Насыщение
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Схемы на операционных усилителях

Инвертирующий усилитель
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Неинвертирующий усилитель
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Суммирующий усилитель
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Идеальный ОУ
V+ = V−, Iin = 0

Переходные процессы RC и RL

Постоянная времени
τ = RC | τ = L/R
Отклик
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постоянном токе
разрыв; vC не может измениться скачком
Катушка на постоянном токе
короткое замыкание; iL не может измениться скачком
Установившийся режим
t ≈ 5τ

Метод

  1. Найдите начальное значение сразу после коммутации: напряжение на конденсаторе и ток в катушке не могут изменяться скачком.
  2. Найдите установившееся значение спустя долгое время после коммутации: конденсатор ведёт себя как разрыв, катушка — как короткое замыкание.
  3. Найдите постоянную времени: τ = RC или τ = L/R, где берётся сопротивление со стороны конденсатора или катушки.
  4. Используйте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Последовательные и параллельные резисторы

Последовательное соединение резисторов
Req = R1 + R2 + …
Параллельное соединение резисторов
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Два параллельно
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Закон Ома
V = I·R
Мощность
P = V·I = I²R = V²/R

Метод

  1. Начните с конца цепи, наиболее удалённого от зажимов.
  2. Последовательные резисторы складывайте, а параллельные объединяйте по формуле 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. После каждого шага перерисовывайте схему.
  4. Повторяйте, пока между зажимами не останется один резистор.

Преобразователи постоянного напряжения

Понижающий
Vo = D·Vin
Повышающий
Vo = Vin/(1 − D)
Инвертирующий понижающе-повышающий
|Vo| = Vin·D/(1 − D)
Идеальный баланс мощности
VinIin = VoIo
Пульсации тока катушки
ΔIL = VL,on·D/(L·f); buck Vin − Vo, boost and buck-boost Vin
Средний ток катушки
понижающий Io; повышающий и понижающе-повышающий Io/(1 − D)
Пульсации выходного напряжения
понижающий ΔIL/(8fC); повышающий и понижающе-повышающий Io·D/(fC)
Граница режима непрерывного тока
понижающий (1 − D)R/(2f); повышающий D(1 − D)²R/(2f); понижающе-повышающий (1 − D)²R/(2f)

Метод

  1. Определите преобразователь (понижающий, повышающий или понижающе-повышающий) и коэффициент заполнения D по отношению напряжений.
  2. Используйте баланс вольт-секунд на катушке индуктивности: среднее напряжение на катушке за период равно нулю.
  3. Найдите напряжение на катушке при включённом ключе, затем ΔIL = VL·D/(L·f).
  4. Для пульсаций выхода найдите заряд, входящий в конденсатор и выходящий из него; для границы режима непрерывного тока приравняйте средний ток катушки к ΔIL/2.

Мост Уитстона и тензорезисторы

Напряжения делителей
Va = VsR2/(R1 + R2), Vb = VsR4/(R3 + R4)
Выделение
Vab = Va − Vb
Баланс
R1/R2 = R3/R4
Реохордный мост
R/Rx = l/(100 − l)
Сопротивление Тевенина
Rth = R1∥R2 + R3∥R4
Коэффициент тензочувствительности
ΔR/R = GF·ε
Выход моста
четвертьмост Vs·GF·ε/4, полумост Vs·GF·ε/2, полный мост Vs·GF·ε
Малое изменение, одно плечо
Vab ≈ Vs·ΔR/(4R)
Напряжение
σ = E·ε

Метод

  1. Рассматривайте мост как два делителя напряжения от одного источника.
  2. Для равновесия приравняйте R₁/R₂ = R₃/R₄ и найдите неизвестный резистор.
  3. Для неуравновешенного моста найдите Va и Vb по делителям и вычтите; используйте эквивалент Тевенина, когда прибор нагружает выход.
  4. Для тензорезисторов переведите деформацию в ΔR/R = GF·ε и используйте Vs·GF·ε/4, /2 или ×1 для четвертьмоста, полумоста или полного моста.

Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры

Основные вентили
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Правила булевой алгебры
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
Законы де Моргана
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Порядок на карте Карно
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Группа из 2ᵏ клеток
теряет k переменных
Мультиплексор 4 в 1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Триггеры
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Счётчики
n-разрядный: 2ⁿ состояний; по модулю N: наименьшее n, при котором 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Асинхронный счётчик
fmax = 1/(n·tpd)
Кольцевой счётчик и счётчик Джонсона
n и 2n состояний

Метод

  1. Для схемы идите от входов к выходу вентиль за вентилем и записывайте значение на каждом проводе или запишите её выражение и заполните таблицу истинности.
  2. Для упрощения поставьте единицы (и безразличные состояния как X) на карту Карно со строками и столбцами в коде Грея: 00, 01, 11, 10.
  3. Покройте единицы как можно меньшим числом как можно больших групп по 1, 2, 4, 8 или 16 клеток, с переходом через края; каждая группа — один член-произведение из переменных, которые остаются постоянными. Для формы POS группируйте нули.
  4. Для триггеров и счётчиков считывайте входы на каждом активном фронте тактового сигнала, записывайте состояние после каждого фронта и помните, что n-разрядный счётчик возвращается к началу после 2ⁿ состояний.

2Тренировочные задачи

1.Диоды и транзисторыСредняя
RC​ = 2,2 kΩβ = 200RE​ = 680 ΩVCC​ = 20 VR1​ = 100 kΩR2​ = 22 kΩ

NPN-транзистор с β = 200 смещён делителем напряжения от VCC = 20 V: R₁ = 100 kΩ от VCC к базе и R₂ = 22 kΩ от базы к земле. Резистор коллектора RC = 2,2 kΩ, резистор эмиттера RE = 680 Ω. Примите VBE = 0,7 V и используйте эквивалент Тевенена для делителя (ток базы не пренебрегайте). Найдите напряжение коллектор–эмиттер VCE.

VCC = 20 VR1 = 100 kΩR2 = 22 kΩRC = 2,2 kΩRE = 680 Ωβ = 200
VCE = V
2.Диоды и транзисторыСложная
RC​ = 220 Ωβ = 150VCC​ = 9 V5 VRB​ = ?

NPN-транзистор с β = 150 коммутирует нагрузочный резистор 220 Ω, включённый между VCC = 9 V и его коллектором. Эмиттер заземлён. База управляется от логического выхода 5 V через резистор базы RB. Примите VBE = 0,7 V и VCE(sat) = 0,2 V. Найдите наибольшее сопротивление резистора базы RB, в kΩ, при котором транзистор ещё входит в насыщение.

VCC = 9 VRC = 220 Ωβ = 150Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
3.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 1 VR1​ = 100 kΩV2​ = 0,2 VR3​ = 100 kΩR4​ = 47 kΩ

Дифференциальный усилитель выполнен на идеальном ОУ с питанием ±15 V, при этом R3 = R1 и R4 = R2. Найдите напряжение V− на инвертирующем входе.

V1 = 1 VV2 = 0,2 VR1 = R3 = 100 kΩR2 = R4 = 47 kΩ
V− = V
4.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = −1,3 VR1​ = 10 kΩV2​ = 0,2 VR2​ = 2 kΩ

Суммирующий усилитель использует идеальный ОУ с питанием ±15 V. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = −1,3 VV2 = 0,2 VR1 = 10 kΩR2 = 2 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
5.Переходные процессы RC и RLСредняя
R = 50 Ωt = 0L220 mHi(t)

Через катушку течёт установившийся ток 1 A. При t = 0 ключ замыкает контур через R, а источник отключается, поэтому ток катушки убывает через R. За какое время ток уменьшится до 0,5 A? Найдите t.

i(0) = 1 AR = 50 ΩL = 220 mH
t = ms
6.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​20 Vt = 0R = 6,8 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 3 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 3 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 16,6 V? Найдите t.

Vs = 20 VR = 6,8 kΩC = 68 µFvC(0) = 3 V
t = ms
7.Последовательные и параллельные резисторыСредняя
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​12 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
IR1 = A
8.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩIR2​AR4​3 ΩBR6​4 Ω

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 12 ΩR3 = 6 ΩR4 = 3 ΩR5 = 5 ΩR6 = 4 Ω
IR2 = A
9.Преобразователи постоянного напряженияСредняя
tiL​Imax​ = ?Imin​Io​DTT2T

Понижающий преобразователь преобразует 12 V в 8,4 V при нагрузке 10 Ω. Он переключается с частотой 50 kHz при L = 150 µH. Найдите пиковый ток катушки Imax.

Vin​ = 12 VVo​ = 8,4 Vf = 50 kHzL = 150 µHR = 10 Ω
Imax = A
10.Преобразователи постоянного напряженияСложная
tvo​Vo​ΔV = ?DTT2T

Понижающий преобразователь преобразует 36 V в 18 V при нагрузке 8 Ω и частоте 250 kHz, при L = 330 µH и C = 220 µF. Найдите размах пульсаций выходного напряжения ΔVo в mV.

Vin​ = 36 VVo​ = 18 Vf = 250 kHzL = 330 µHC = 220 µF
ΔVo = mV
11.Мост Уитстона и тензорезисторыСредняя
+−2 V300 Ω300 Ω + ΔR300 Ω300 Ωab+−Vab​ = ?

Мост имеет четыре плеча по 300 Ω и Vs = 2 V. Датчик R₂ увеличивается на ΔR = 75 Ω. Найдите точный выход Vab в mV.

Vs = 2 VR = 300 ΩΔR = 75 Ω
Vab = mV
12.Мост Уитстона и тензорезисторыСложная
+−10 V120 Ω − ΔR120 Ω + ΔR120 Ω120 Ωab+−Vo​ = ?

Мост с плечами 120 Ω питается напряжением 10 V; конфигурация: два активных тензорезистора в соседних плечах, один на растяжение и один на сжатие (полумост). Коэффициент тензочувствительности равен 2,1, деформация — 250 µε. Найдите выход моста Vo в mV.

Vs = 10 VGF = 2,1ε = 250 µε
Vo = mV
13.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
ABC000111100101324576

Упростите F = AB′C′ + AB′ + B′C′ + A′B′ до минимальной формы «сумма произведений». Сколько литералов, L, содержит упрощённое выражение?

F = AB′C′ + AB′ + B′C′ + A′B′
L =
14.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
CLKT12345678

Триггер T, срабатывающий по переднему фронту, начинает с Q = 0 и получает показанные входы на 8 передних фронтах тактового сигнала. Сколько раз, N, Q меняет состояние?

Q₀ = 0T
N =

3Растворы

1.Диоды и транзисторы

Ответ: VCE = 9,166 V

Рабочая точка биполярного транзистора: в активном режиме VBE = 0,7 V, IC = β·IB и IE = (β + 1)·IB. Найдите IB из базового контура по второму закону Кирхгофа, затем IC, затем VCE из контура коллектор–эмиттер. Делитель напряжения в цепи базы заменяют эквивалентом Тевенена VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; резистор в цепи эмиттера в базовом контуре выглядит в (β + 1) раз больше.

Эквивалент Тевенена для делителя

VTH = 20·22/(100 + 22) = 3,607 V
RTH = 100·22/(100 + 22) = 18,03 kΩ

Ток базы

Второй закон Кирхгофа для базового контура; ток эмиттера равен (β + 1)·IB.

IB = (3,607 − 0,7)/(18,03 + 201·0,68) = 18,79 µA

Ток коллектора

IC = 200·18,79 µA = 3,757 mA
IE = 201·18,79 µA = 3,776 mA

Напряжение коллектор–эмиттер

VCE = 20 − 3,757·2,2 − 3,776·0,68 = 9,166 V

Ответ

VCE = 9,166 V
2.Диоды и транзисторы

Ответ: RB = 16,13 kΩ

Биполярный транзистор как ключ: чтобы полностью включить нагрузку, транзистор вводят в насыщение, где VCE = VCE(sat), а ток коллектора определяется нагрузкой: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Для насыщения нужен ток базы не менее IB = IC(sat)/β. Если ток базы меньше, транзистор остаётся в активном режиме, и IC = β·IB.

Ток коллектора в насыщении

IC(sat) = (9 − 0,2)/220 = 40 mA

Минимальный ток базы

IB(min) = IC(sat)/β = 40/150 = 266,7 µA

Резистор базы

RB = (5 − 0,7)/IB = 4,3 V/0,2667 mA = 16,13 kΩ

Ответ

RB = 16,13 kΩ

Любой меньший резистор базы тоже насыщает транзистор; на практике выбирают в несколько раз меньший.

3.Схемы на операционных усилителях

Ответ: V− = 0,06395 V

Правила идеального ОУ: при отрицательной обратной связи усилитель устанавливает выход так, чтобы оба входа имели одинаковое напряжение (V₋ = V₊), и ни в один вход ток не течёт. ЗТК на инвертирующем входе с этими двумя фактами даёт выход.

Напряжение на входах

Через R₃ и R₄ течёт один и тот же ток, поэтому они образуют делитель напряжения; обратная связь обеспечивает V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 0,2·47/(100 + 47) = 0,06395 V
V₋ = V₊

Ответ

V− = 0,06395 V
4.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = 0,66 V

Правила идеального ОУ: при отрицательной обратной связи усилитель устанавливает выход так, чтобы оба входа имели одинаковое напряжение (V₋ = V₊), и ни в один вход ток не течёт. ЗТК на инвертирующем входе с этими двумя фактами даёт выход.

Входные токи

V₋ = 0, поэтому на каждом входном резисторе всё его входное напряжение.

I1 = V1/R1 = −1,3/10 = −0,13 mA
I2 = V2/R2 = 0,2/2 = 0,1 mA
If = I1 + I2 = −0,03 mA

Выходное напряжение

Vout = −Rf·If = −22·(−0,03) = 0,66 V

Ответ

Vout = 0,66 V
5.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 3,05 ms

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Постоянная времени

τ = L/R = 220 mH / 50 Ω = 4,4 ms

Выразите время

0,5 = 1·e−t/τ → t = τ·ln(1/0,5)
t = 4,4·ln(2) = 3,05 ms

Ответ

t = 3,05 ms
6.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 744,2 ms

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Начальное значение, конечное значение, постоянная времени

Напряжение на конденсаторе не может измениться скачком, поэтому оно начинается с накопленного значения и стремится к напряжению источника.

vC(0) = 3 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 68 µF = 462,4 ms
vC(t) = 20 + (3 − 20)·e−t/τ

Выразите время

16,6 = 20 + (−17)·e−t/τ → e−t/τ = (16,6 − 20)/(3 − 20) = 0,2
t = τ·ln((3 − 20)/(16,6 − 20)) = 462,4·ln(5) = 744,2 ms

Ответ

t = 744,2 ms
7.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 0,6667 A

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​12 ΩB

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R3 + R4 = 8 + 12 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 5·20/(5+20) = 4 Ω
Req = R1 + 4 = 5 + 4 = 9 Ω

Ток источника

Источник видит только Req, поэтому закон Ома даёт ток, который он отдаёт. Этот ток течёт через R₁.

IR1 = V1/Req = 6/9 = 0,6667 A

Ответ

IR1 = 0,6667 A
8.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,2455 A

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 20 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAR4​3 ΩBR6​4 Ω

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R5 + R6 = 5 + 4 = 9 Ω
R4 ∥ 9 = 2,25 Ω
R3 + 2,25 = 8,25 Ω
R2 ∥ 8,25 = 4,889 Ω
Req = R1 + 4,889 = 20 + 4,889 = 24,89 Ω

Ток источника

Источник видит только Req, поэтому закон Ома даёт ток, который он отдаёт. Этот ток течёт через R₁.

IR1 = V1/Req = 15/24,89 = 0,6027 A

Ток через R₂

Вычтите падение на R₁, чтобы получить напряжение в узле A, то есть напряжение на R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 0,6027·20 = 2,946 V
IR2 = VA/R2 = 2,946/12 = 0,2455 A

Ответ

IR2 = 0,2455 A
9.Преобразователи постоянного напряжения

Ответ: Imax = 1,008 A

Преобразователи постоянного напряжения: ключ S включается на долю D каждого периода T = 1/f. В установившемся режиме среднее напряжение на катушке индуктивности равно нулю (баланс вольт-секунд), откуда следуют идеальные коэффициенты преобразования в режиме непрерывного тока: понижающий Vo = D·Vin, повышающий Vo = Vin/(1 − D), инвертирующий понижающе-повышающий |Vo| = Vin·D/(1 − D). Идеальный преобразователь сохраняет мощность: Vin·Iin = Vo·Io. Пока S включён, ток катушки нарастает на ΔIL = VL·D·T/L, где VL = Vin − Vo для понижающего и Vin для повышающего и понижающе-повышающего. Пульсация выходного напряжения равна ΔVo = ΔIL/(8fC) для понижающего и Io·D/(fC) для повышающего и понижающе-повышающего. Ток катушки лишь касается нуля (граница режима непрерывного тока), когда средний ток катушки равен ΔIL/2.

Коэффициент заполнения

D = 8,4/12 = 0,7

Средний ток и пульсации тока

Io = 8,4/10 = 0,84 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 3,6·0,7/(150·10⁻⁶·50·10³) = 0,336 A

Пиковый ток

Imax = 0,84 + 0,336/2 = 1,008 A

Ответ

Imax = 1,008 A
10.Преобразователи постоянного напряжения

Ответ: ΔVo = 0,2479 mV

Преобразователи постоянного напряжения: ключ S включается на долю D каждого периода T = 1/f. В установившемся режиме среднее напряжение на катушке индуктивности равно нулю (баланс вольт-секунд), откуда следуют идеальные коэффициенты преобразования в режиме непрерывного тока: понижающий Vo = D·Vin, повышающий Vo = Vin/(1 − D), инвертирующий понижающе-повышающий |Vo| = Vin·D/(1 − D). Идеальный преобразователь сохраняет мощность: Vin·Iin = Vo·Io. Пока S включён, ток катушки нарастает на ΔIL = VL·D·T/L, где VL = Vin − Vo для понижающего и Vin для повышающего и понижающе-повышающего. Пульсация выходного напряжения равна ΔVo = ΔIL/(8fC) для понижающего и Io·D/(fC) для повышающего и понижающе-повышающего. Ток катушки лишь касается нуля (граница режима непрерывного тока), когда средний ток катушки равен ΔIL/2.

Коэффициент заполнения

D = 18/36 = 0,5

Пульсации тока катушки

ΔIL = (36 − 18)·0,5/(330·10⁻⁶·250·10³) = 0,1091 A

Пульсации выходного напряжения

ΔVo = 0,1091/(8·250·10³·220·10⁻⁶) = 0,2479 mV

Ответ

ΔVo = 0,2479 mV
11.Мост Уитстона и тензорезисторы

Ответ: Vab = 111,1 mV

Мост Уитстона: два делителя напряжения питаются от одного источника Vs. Левый делитель R1–R2 даёт Va = Vs·R2/(R1 + R2), а правый делитель R3–R4 даёт Vb = Vs·R4/(R3 + R4); выход равен Vab = Va − Vb. Мост уравновешен (Vab = 0, ток через прибор отсутствует), когда R1/R2 = R3/R4, то есть R1·R4 = R2·R3. Со стороны выхода мост — это источник Тевенина с Rth = R1∥R2 + R3∥R4.

Напряжения узлов

Va = 2·375/675 = 1,111 V
Vb = 1 V

Выделение

Vab = 111,1 mV

Ответ

Vab = 111,1 mV

Линейная оценка Vs·ΔR/(4R) = 125 mV завышена на 12,5 %: четвертьмост не совсем линеен.

12.Мост Уитстона и тензорезисторы

Ответ: Vo = 2,625 mV

Тензорезисторы: тензорезистор изменяет своё сопротивление при деформации: ΔR/R = GF·ε, где коэффициент тензочувствительности GF для металлической фольги около 2. В мосту, все плечи которого равны R, один активный тензорезистор (четвертьмост) даёт Vo ≈ Vs·GF·ε/4. Два активных тензорезистора с противоположными деформациями в соседних плечах (полумост) дают Vs·GF·ε/2, а четыре (полный мост) — Vs·GF·ε. Напряжение находится по закону Гука, σ = E·ε. Тензометрические датчики силы указывают чувствительность в mV/V: выход при полной нагрузке на каждый вольт питания.

Относительное изменение сопротивления

ΔR/R = 2,1·250·10⁻⁶ = 0,000525

Выход моста

Vo = Vs·GF·ε/2 = 10·0,000525/2 = 2,625 mV

Ответ

Vo = 2,625 mV
13.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры

Ответ: L = 1

Булева алгебра: правила, упрощающие выражения: X + X′ = 1 и X·X′ = 0, X + X = X, поглощение X + X·Y = X, правило склеивания X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y и теорема о консенсусе XY + X′Z + YZ = XY + X′Z. Законы де Моргана превращают (X·Y)′ в X′ + Y′ и (X + Y)′ в X′·Y′. Карта Карно применяет эти правила графически: каждая группа из двух соседних клеток — это одно применение XY + XY′ = X.

Минтермы выражения

AB′C′ → m(4)
AB′ → m(4, 5)
B′C′ → m(0, 4)
A′B′ → m(0, 1)
ABC00011110011011030214150706

Сгруппируйте и прочитайте

F = B′

Посчитайте литералы

L = 1

Ответ

L = 1
14.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры

Ответ: N = 4

Триггеры и счётчики: триггер меняется только по активному фронту тактового сигнала. D копирует свой вход (Q⁺ = D); T переключается при T = 1; JK сохраняет состояние при 00, сбрасывает при 01, устанавливает при 10 и переключает при 11. n-разрядный двоичный счётчик имеет 2ⁿ состояний и считает по модулю 2ⁿ; счётчик по модулю N считает 0, 1, …, N − 1 и возвращается к 0, и ему нужно наименьшее число триггеров n, при котором 2ⁿ ≥ N. Каждый разряд асинхронного счётчика делит частоту пополам, поэтому последний выход счётчика по модулю N работает на частоте fclk/N. У счётчика Джонсона из n триггеров 2n состояний, у кольцевого счётчика n.

Q после каждого фронта

T-триггер переключается по каждому переднему фронту при T = 1 и сохраняет состояние при T = 0.

1: T = 0 → Q = 0
2: T = 0 → Q = 0
3: T = 1 → Q = 1
4: T = 1 → Q = 0
5: T = 1 → Q = 1
6: T = 0 → Q = 1
7: T = 0 → Q = 1
8: T = 1 → Q = 0

Посчитайте изменения

0 → 0 → 0 → 1 → 0 → 1 → 1 → 1 → 0
N = 4

Ответ

N = 4

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1