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​ = 5,6 kΩβ = 200RE​ = 1,5 kΩVCC​ = 12 VR1​ = 100 kΩR2​ = 15 kΩ

NPN-транзистор с β = 200 смещён делителем напряжения от VCC = 12 V: R₁ = 100 kΩ от VCC к базе и R₂ = 15 kΩ от базы к земле. Резистор коллектора RC = 5,6 kΩ, резистор эмиттера RE = 1,5 kΩ. Примите VBE = 0,7 V и используйте эквивалент Тевенена для делителя (ток базы не пренебрегайте). Найдите напряжение коллектор–эмиттер VCE.

VCC = 12 VR1 = 100 kΩR2 = 15 kΩRC = 5,6 kΩRE = 1,5 kΩβ = 200
VCE = V
2.Диоды и транзисторыСложная
V (V)I (mA)0,65612,77Q = ?

Диод моделируется напряжением 0,65 V последовательно с 25 Ω (он проводит выше 0,65 V). Он включён последовательно с резистором 470 Ω к источнику 6 V. Найдите рабочий ток ID в точке пересечения характеристики диода и нагрузочной прямой.

Vs = 6 VR = 470 ΩV0 = 0,65 Vrd = 25 Ω
ID = mA
3.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​R2​ = 22 kΩV1​ = 0,6 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 2,3 VR3​ = 4,7 kΩR4​ = 22 kΩ

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

V1 = 0,6 VV2 = 2,3 VR1 = R3 = 4,7 kΩR2 = R4 = 22 kΩ
Vout = V
4.Схемы на операционных усилителяхСложная
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 1,4 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1 VR3​ = 47 kΩR4​ = 47 kΩ

ОУ идеальный и питается от ±15 V. Отношения резисторов не согласованы. Найдите выходное напряжение Vout.

V1 = 1,4 VV2 = 1 VR1 = 10 kΩR2 = 47 kΩR3 = 47 kΩR4 = 47 kΩ
Vout = V
5.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​20 Vt = 0R1​ = 4,7 kΩR2​ = 1 kΩC22 µF+−vC​

Источник Vₛ заряжает конденсатор через R₁, а R₂ подключён параллельно C. Конденсатор разряжен, когда ключ замыкается в момент t = 0. Найдите постоянную времени τ цепи после замыкания ключа.

Vs = 20 VR1 = 4,7 kΩR2 = 1 kΩC = 22 µF
τ = ms
6.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​9 Vt = 0R = 4,7 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 15 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 15 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 12 V? Найдите t.

Vs = 9 VR = 4,7 kΩC = 68 µFvC(0) = 15 V
t = ms
7.Последовательные и параллельные резисторыСредняя
R1​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​15 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 Ω
Req = Ω
8.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩIR2​AR4​5 ΩBR6​2 Ω

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 30 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 ΩR5 = 8 ΩR6 = 2 Ω
IR2 = A
9.Преобразователи постоянного напряженияСредняя
tiL​Imax​Imin​ΔI = ?DTT2T

Идеальный понижающий преобразователь преобразует 48 V в 33,6 V при 250 kHz и L = 22 µH. Найдите размах пульсаций тока катушки ΔIL.

Vin​ = 48 VVo​ = 33,6 Vf = 250 kHzL = 22 µH
ΔIL = A
10.Преобразователи постоянного напряженияСложная
tiL​Imax​IL​DTT2T

Идеальный понижающий преобразователь преобразует 12 V в 9 V при нагрузке 12 Ω и частоте 25 kHz. Найдите наименьшую индуктивность Lcrit для режима непрерывного тока.

Vin​ = 12 VVo​ = 9 Vf = 25 kHzR = 12 Ω
Lcrit = µH
11.Мост Уитстона и тензорезисторыСредняя
+−15 VR1​ = 120 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 50 ΩR4​ = 600 ΩabGRg​ = 500 Ω

Гальванометр с сопротивлением 500 Ω включён между a и b показанного моста (Vs = 15 V). Найдите ток гальванометра Ig от a к b в µA.

Vs = 15 VR1 = 120 ΩR2 = 20 ΩR3 = 50 ΩR4 = 600 ΩRg = 500 Ω
Ig = µA
12.Мост Уитстона и тензорезисторыСложная
+−5 V350 Ω350 Ω + ΔR350 Ω350 Ωab+−Vo​ = ?

Мост с плечами 350 Ω питается напряжением 5 V; конфигурация: один активный тензорезистор (четвертьмост). Коэффициент тензочувствительности равен 2, деформация — 1500 µε. Найдите выход моста Vo в mV.

Vs = 5 VGF = 2ε = 1500 µε
Vo = mV
13.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
ABC000111100101324576

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

F = AC′ + A′B′ + AB′C′ + BC′
L =
14.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
ABCD000111100001111010X1X30204X517X6012X131151140809111X10

Для F(A, B, C, D) = Σm(0, 7, 11, 14, 15) + d(1, 3, 5, 6, 10, 13), где d обозначает безразличные состояния, найдите число N существенных простых импликант.

F(A, B, C, D) = Σm(0, 7, 11, 14, 15) + d(1, 3, 5, 6, 10, 13)
N =

3Растворы

1.Диоды и транзисторы

Ответ: VCE = 8,09 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 = 12·15/(100 + 15) = 1,565 V
RTH = 100·15/(100 + 15) = 13,04 kΩ

Ток базы

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

IB = (1,565 − 0,7)/(13,04 + 201·1,5) = 2,751 µA

Ток коллектора

IC = 200·2,751 µA = 0,5501 mA
IE = 201·2,751 µA = 0,5529 mA

Напряжение коллектор–эмиттер

VCE = 12 − 0,5501·5,6 − 0,5529·1,5 = 8,09 V

Ответ

VCE = 8,09 V
2.Диоды и транзисторы

Ответ: ID = 10,81 mA

Цепи со светодиодами и диодами: светодиод в прямом включении падает примерно на своё прямое напряжение VF (около 2 V для красного, 3 V для синего или белого) независимо от тока. Последовательный резистор задаёт ток: R = (Vs − n·VF)/I для n светодиодов последовательно. В более точной модели диода V = V₀ + I·rd рабочая точка находится там, где характеристика диода пересекает нагрузочную прямую I = (Vs − V)/R, поэтому I = (Vs − V₀)/(R + rd).

Объедините два уравнения

6 = 0,65 + I·(470 + 25)

Рабочий ток

ID = 5,35/495 = 10,81 mA
VD = 0,65 + 0,01081·25 = 0,9202 V

Ответ

ID = 10,81 mA
3.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = 7,957 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) = 2,3·22/(4,7 + 22) = 1,895 V
V₋ = V₊

ЗТК на инвертирующем входе

(0,6 − 1,895)/4,7 = (1,895 − Vout)/22
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (22/4,7)·(2,3 − 0,6) = 7,957 V

Ответ

Vout = 7,957 V
4.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Vout = −3,73 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 входе +

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1·47/(47 + 47) = 0,5 V

Наложение двух входов

При V₂ = 0 для V₁ схема — инвертирующий усилитель. При V₁ = 0 V₊ усиливается с коэффициентом неинвертирующего усилителя 1 + R₂/R₁.

Vout = −(47/10)·1,4 + (1 + 47/10)·0,5 = −6,58 + 2,85 = −3,73 V

Ответ

Vout = −3,73 V
5.Переходные процессы RC и RL

Ответ: τ = 18,14 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.

Эквивалентная схема Тевенина со стороны конденсатора

Закоротите источник, чтобы найти Rth; отключите конденсатор, чтобы найти напряжение, до которого он зарядится.

Rth = R1 ∥ R2 = 4,7·1/(4,7 + 1) = 0,8246 kΩ
vC(∞) = 20·1/(4,7 + 1) = 3,509 V

Постоянная времени

τ = Rth·C = 0,8246·22 = 18,14 ms

Ответ

τ = 18,14 ms
6.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 221,5 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) = 15 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 4,7 kΩ · 68 µF = 319,6 ms
vC(t) = 9 + (15 − 9)·e−t/τ

Выразите время

12 = 9 + (6)·e−t/τ → e−t/τ = (12 − 9)/(15 − 9) = 0,5
t = τ·ln((15 − 9)/(12 − 9)) = 319,6·ln(2) = 221,5 ms

Ответ

t = 221,5 ms
7.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 16,5 Ω

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​ = 12 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​15 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 = 3 + 15 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 6·18/(6+18) = 4,5 Ω
Req = R1 + 4,5 = 12 + 4,5 = 16,5 Ω

Ответ

Req = 16,5 Ω
8.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,1921 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​ = 4 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩAR4​5 ΩBR6​2 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 = 8 + 2 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 3,333 Ω
R3 + 3,333 = 9,333 Ω
R2 ∥ 9,333 = 7,119 Ω
Req = R1 + 7,119 = 4 + 7,119 = 11,12 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 9/11,12 = 0,8095 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,8095·4 = 5,762 V
IR2 = VA/R2 = 5,762/30 = 0,1921 A

Ответ

IR2 = 0,1921 A
9.Преобразователи постоянного напряжения

Ответ: ΔIL = 1,833 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 = 33,6/48 = 0,7

Напряжение на катушке во время включения

Пока S включён, катушка индуктивности находится между Vin и Vo.

VL = 48 − 33,6 = 14,4 V

Пульсации тока

ΔIL = VL·D/(L·f) = 14,4·0,7/(22·10⁻⁶·250·10³) = 1,833 A

Ответ

ΔIL = 1,833 A
10.Преобразователи постоянного напряжения

Ответ: Lcrit = 60 µH

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 = 9/12 = 0,75

Граничное условие

Приравняйте средний ток катушки к половине пульсаций тока и решите относительно L.

Lcrit = (1 − D)·R/(2f)

Критическая индуктивность

Lcrit = (1 − 0,75)·12/(225·10³) = 60 µH

Ответ

Lcrit = 60 µH
11.Мост Уитстона и тензорезисторы

Ответ: Ig = −20776 µA

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.

Напряжение Тевенина

Vth = 15·(20/140 − 600/650) = −11,7 V

Сопротивление Тевенина

Rth = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ = 63,3 Ω

Ток гальванометра

Ig = −11,7/(63,3 + 500) = −20776 µA

Ответ

Ig = −20776 µA
12.Мост Уитстона и тензорезисторы

Ответ: Vo = 3,75 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 = 2·1500·10⁻⁶ = 0,003

Выход моста

Vo ≈ Vs·GF·ε/4 = 5·0,003/4 = 3,75 mV

Ответ

Vo = 3,75 mV
13.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры

Ответ: L = 3

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

AC′ → m(4, 6)
A′B′ → m(0, 1)
AB′C′ → m(4)
BC′ → m(2, 6)
ABC00011110011011031214050716

Сгруппируйте и прочитайте

F = C′ + A′B′

Посчитайте литералы

L = 3

Ответ

L = 3
14.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры

Ответ: N = 1

Карты Карно: клетки упорядочены по коду Грея (00, 01, 11, 10), поэтому соседние клетки, включая те, что через края, отличаются ровно одной переменной. Группируйте единицы в прямоугольники по 1, 2, 4, 8 или 16 клеток, как можно большие и в как можно меньшем числе, пока не будет покрыта каждая единица. Каждая группа — один член-произведение: переменные, которые внутри неё остаются постоянными. Группа из 2ᵏ клеток теряет k переменных. Безразличные состояния (X) можно использовать, чтобы увеличить группы, но покрывать их не обязательно. Если группировать нули, получится минимальная форма POS.

Простые импликанты

Самые большие группы, которые можно образовать из единиц и X.

CD, BD, BC, A′D, AC, A′B′C′
ABCD000111100001111010X1X30204X517X6012X131151140809111X10

Существенные простые импликанты

A′B′C′
N = 1

Ответ

N = 1

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1