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​ = 3,3 kΩβ = 200RE​ = 680 ΩVCC​ = 20 VR1​ = 82 kΩR2​ = 8,2 kΩ

NPN-транзистор с β = 200 смещён делителем напряжения от VCC = 20 V: R₁ = 82 kΩ от VCC к базе и R₂ = 8,2 kΩ от базы к земле. Резистор коллектора RC = 3,3 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 = 82 kΩR2 = 8,2 kΩRC = 3,3 kΩRE = 680 Ωβ = 200
VCE = V
2.Диоды и транзисторыСложная
RC​ = 680 Ωβ = 200IC​ = ?VCC​ = 5 V5 VRB​ = 47 kΩ

NPN-транзистор с β = 200 коммутирует нагрузочный резистор 680 Ω, включённый между VCC = 5 V и его коллектором. Эмиттер заземлён. База управляется от логического выхода 5 V через резистор базы RB = 47 kΩ. Примите VBE = 0,7 V и VCE(sat) = 0,2 V. Найдите ток коллектора IC в mA при высоком уровне на входе. Сначала определите, насыщен ли транзистор.

VCC = 5 VRC = 680 Ωβ = 200Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 VRB = 47 kΩ
IC = mA
3.Схемы на операционных усилителяхСредняя
−+Vout​R2​ = 1 kΩV1​ = 0,9 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0,5 VR3​ = 2 kΩR4​ = 1 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 = 0,9 VV2 = 0,5 VR1 = R3 = 2 kΩR2 = R4 = 1 kΩ
V− = V
4.Схемы на операционных усилителяхСложная
Vin​V1​Vout​каскад 1: инвертирующийR1​ = 4,7 kΩRf1​ = 100 kΩкаскад 2: неинвертирующийR2​ = 47 kΩRf2​ = 1 kΩ

Два каскада на идеальных ОУ соединены последовательно: инвертирующий усилитель (R1, Rf1), за ним неинвертирующий (R2 на землю, Rf2 в обратной связи). Оба питаются от ±15 V. Найдите общий коэффициент усиления по напряжению Av = Vout/Vin.

R1 = 4,7 kΩRf1 = 100 kΩR2 = 47 kΩRf2 = 1 kΩ
Av =
5.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​10 Vt = 0R1​ = 6,8 kΩR2​ = 10 kΩC68 µF+−vC​

Источник Vₛ заряжает конденсатор через R₁, а R₂ подключён параллельно C. Конденсатор разряжен, когда ключ замыкается в момент t = 0. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 75 ms.

Vs = 10 VR1 = 6,8 kΩR2 = 10 kΩC = 68 µFt = 75 ms
vC = V
6.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​15 Vt = 0R = 10 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 5 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 5 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 11 V? Найдите t.

Vs = 15 VR = 10 kΩC = 100 µFvC(0) = 5 V
t = ms
7.Последовательные и параллельные резисторыСредняя
R1​ = 12 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​4 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 10 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 Ω
Req = Ω
8.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 10 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩIR2​AR4​20 ΩBR6​5 Ω

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩR4 = 20 ΩR5 = 25 ΩR6 = 5 Ω
IR2 = A
9.Преобразователи постоянного напряженияСредняя
tiL​Imax​ = ?Imin​Io​DTT2T

Понижающий преобразователь преобразует 12 V в 4,8 V при нагрузке 20 Ω. Он переключается с частотой 250 kHz при L = 47 µH. Найдите пиковый ток катушки Imax.

Vin​ = 12 VVo​ = 4,8 Vf = 250 kHzL = 47 µHR = 20 Ω
Imax = A
10.Преобразователи постоянного напряженияСложная
+−15 VSLC = 10 µFR = 25 Ω−+−22,5 V

Идеальный понижающе-повышающий преобразователь преобразует 15 V в −22,5 V при нагрузке 25 Ω и частоте 25 kHz. Выходной конденсатор имеет ёмкость 10 µF. Найдите размах пульсаций выходного напряжения ΔVo в mV.

Vin​ = 15 VVo​ = −22,5 Vf = 25 kHzC = 10 µFR = 25 Ω
ΔVo = mV
11.Мост Уитстона и тензорезисторыСредняя
+−15 VR1​ = 600 ΩR2​ = 250 ΩR3​ = 200 ΩR4​ = 400 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 = 600 ΩR2 = 250 ΩR3 = 200 ΩR4 = 400 ΩRg = 500 Ω
Ig = µA
12.Мост Уитстона и тензорезисторыСложная
+−3 V350 Ω − ΔR350 Ω + ΔR350 Ω + ΔR350 Ω − ΔRab+−Vo​ = ?

Мост с плечами 350 Ω питается напряжением 3 V; конфигурация: четыре активных тензорезистора, два на растяжение и два на сжатие (полный мост). Коэффициент тензочувствительности равен 2,1, деформация — 1000 µε. Найдите выход моста Vo в mV.

Vs = 3 VGF = 2,1ε = 1000 µε
Vo = mV
13.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСредняя
ABC000111100101324576

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

F = A′B + B′C′ + A′BC
L =
14.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггерыСложная
ABCD00011110000111100001X31214X517061121131150141809011110

Для F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 7, 8, 10, 12, 13, 15) + d(3, 5), где d обозначает безразличные состояния, найдите число N существенных простых импликант.

F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 7, 8, 10, 12, 13, 15) + d(3, 5)
N =

3Растворы

1.Диоды и транзисторы

Ответ: VCE = 13,82 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 = 20·8,2/(82 + 8,2) = 1,818 V
RTH = 82·8,2/(82 + 8,2) = 7,455 kΩ

Ток базы

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

IB = (1,818 − 0,7)/(7,455 + 201·0,68) = 7,758 µA

Ток коллектора

IC = 200·7,758 µA = 1,552 mA
IE = 201·7,758 µA = 1,559 mA

Напряжение коллектор–эмиттер

VCE = 20 − 1,552·3,3 − 1,559·0,68 = 13,82 V

Ответ

VCE = 13,82 V
2.Диоды и транзисторы

Ответ: IC = 7,059 mA

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 базы

IB = (5 − 0,7)/47 kΩ = 91,49 µA

Насыщение или активный режим?

β·IB больше IC(sat), поэтому транзистор насыщается.

β·IB = 18,3 mA
IC(sat) = (5 − 0,2)/680 = 7,059 mA

Ток коллектора

IC = IC(sat) = 7,059 mA

Ответ

IC = 7,059 mA

Транзистор насыщен.

3.Схемы на операционных усилителях

Ответ: V− = 0,1667 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) = 0,5·1/(2 + 1) = 0,1667 V
V₋ = V₊

Ответ

V− = 0,1667 V
4.Схемы на операционных усилителях

Ответ: Av = −21,73

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.

Коэффициент усиления каждого каскада

A1 = −Rf1/R1 = −100/4,7 = −21,28
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 1/47 = 1,021

Общий коэффициент усиления

Av = A1·A2 = −21,28·1,021 = −21,73

Ответ

Av = −21,73
5.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 1,42 V

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 = 6,8·10/(6,8 + 10) = 4,048 kΩ
vC(∞) = 10·10/(6,8 + 10) = 5,952 V

Постоянная времени

τ = Rth·C = 4,048·68 = 275,2 ms

Кривая заряда

vC(t) = 5,952·(1 − e−75/275,2) = 1,42 V

Ответ

vC = 1,42 V
6.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 916,3 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) = 5 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 10 kΩ · 100 µF = 1000 ms
vC(t) = 15 + (5 − 15)·e−t/τ

Выразите время

11 = 15 + (−10)·e−t/τ → e−t/τ = (11 − 15)/(5 − 15) = 0,4
t = τ·ln((5 − 15)/(11 − 15)) = 1000·ln(2,5) = 916,3 ms

Ответ

t = 916,3 ms
7.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 16,44 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​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​4 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 = 4 + 4 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 10·8/(10+8) = 4,444 Ω
Req = R1 + 4,444 = 12 + 4,444 = 16,44 Ω

Ответ

Req = 16,44 Ω
8.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 1,846 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​ = 10 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩAR4​20 ΩBR6​5 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 = 25 + 5 = 30 Ω
R4 ∥ 30 = 12 Ω
R3 + 12 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 1,818 Ω
Req = R1 + 1,818 = 10 + 1,818 = 11,82 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 24/11,82 = 2,031 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 2,031·10 = 3,692 V
IR2 = VA/R2 = 3,692/2 = 1,846 A

Ответ

IR2 = 1,846 A
9.Преобразователи постоянного напряжения

Ответ: Imax = 0,3626 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 = 4,8/12 = 0,4

Средний ток и пульсации тока

Io = 4,8/20 = 0,24 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 7,2·0,4/(47·10⁻⁶·250·10³) = 0,2451 A

Пиковый ток

Imax = 0,24 + 0,2451/2 = 0,3626 A

Ответ

Imax = 0,3626 A
10.Преобразователи постоянного напряжения

Ответ: ΔVo = 2160 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 = 22,5/(15 + 22,5) = 0,6

Ток нагрузки

Io = 22,5/25 = 0,9 A

Пульсации выходного напряжения

ΔVo = 0,9·0,6/(25·10³·10·10⁻⁶) = 2160 mV

Ответ

ΔVo = 2160 mV
11.Мост Уитстона и тензорезисторы

Ответ: Ig = −6901 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·(250/850 − 400/600) = −5,588 V

Сопротивление Тевенина

Rth = R₁∥R₂ + R₃∥R₄ = 309,8 Ω

Ток гальванометра

Ig = −5,588/(309,8 + 500) = −6901 µA

Ответ

Ig = −6901 µA
12.Мост Уитстона и тензорезисторы

Ответ: Vo = 6,3 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 = 2,1·1000·10⁻⁶ = 0,0021

Выход моста

Vo = Vs·GF·ε = 3·0,0021 = 6,3 mV

Ответ

Vo = 6,3 mV
13.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры

Ответ: L = 4

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

A′B → m(2, 3)
B′C′ → m(0, 4)
A′BC → m(3)
ABC00011110011001131214050706

Сгруппируйте и прочитайте

F = B′C′ + A′B

Посчитайте литералы

L = 4

Ответ

L = 4
14.Цифровая логика: вентили, карты Карно и триггеры

Ответ: N = 2

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.

BD, BC′, B′CD′, A′CD, AC′D′, AB′D′, A′B′C
ABCD00011110000111100001X31214X517061121131150141809011110

Существенные простые импликанты

BD, BC′
N = 2

Ответ

N = 2

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1