Електроніка 1: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 14 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Діоди й транзистори

Діод (постійний спад)
VD = 0,7 V when conducting
Активний режим
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Фіксоване зміщення
IB = (VCC − 0,7)/RB
Зміщення дільником
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Еквівалент Тевенена дільника
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Колекторний контур
VCE = VCC − ICRC − IERE
Насичення
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Схеми з операційними підсилювачами

Інвертувальний підсилювач
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Неінвертувальний підсилювач
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Сумувальний підсилювач
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Ідеальний ОП
V+ = V−, Iin = 0

Перехідні процеси RC і RL

Стала часу
τ = RC | τ = L/R
Відгук
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постійному струмі
розрив; vC не може змінитися стрибком
Котушка на постійному струмі
коротке замикання; iL не може змінитися стрибком
Усталений режим
t ≈ 5τ

Метод

  1. Знайдіть початкове значення одразу після комутації: напруга на конденсаторі й струм через котушку не можуть змінитися стрибком.
  2. Знайдіть кінцеве значення через довгий час після комутації: конденсатор поводиться як розрив, котушка — як коротке замикання.
  3. Знайдіть сталу часу: τ = RC або τ = L/R, використовуючи опір з боку конденсатора чи котушки.
  4. Використайте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Послідовні й паралельні резистори

Послідовне з’єднання резисторів
Req = R1 + R2 + …
Паралельне з’єднання резисторів
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Два паралельно
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Закон Ома
V = I·R
Потужність
P = V·I = I²R = V²/R

Метод

  1. Почніть з кінця мережі, найдальшого від затискачів.
  2. Послідовні резистори об’єднуйте додаванням, паралельні — за 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Перемальовуйте коло після кожного кроку.
  4. Повторюйте, доки між затискачами не залишиться один резистор.

DC-DC перетворювачі

Знижувальний
Vo = D·Vin
Підвищувальний
Vo = Vin/(1 − D)
Інвертувальний знижувально-підвищувальний
|Vo| = Vin·D/(1 − D)
Ідеальний баланс потужностей
VinIin = VoIo
Пульсації струму котушки
ΔIL = VL,on·D/(L·f); buck Vin − Vo, boost and buck-boost Vin
Середній струм котушки
знижувальний Io; підвищувальний і знижувально-підвищувальний Io/(1 − D)
Пульсації виходу
знижувальний ΔIL/(8fC); підвищувальний і знижувально-підвищувальний Io·D/(fC)
Межа режиму безперервних струмів
знижувальний (1 − D)R/(2f); підвищувальний D(1 − D)²R/(2f); знижувально-підвищувальний (1 − D)²R/(2f)

Метод

  1. Визначте перетворювач (знижувальний, підвищувальний чи знижувально-підвищувальний) і коефіцієнт заповнення D за відношенням напруг.
  2. Скористайтеся балансом вольт-секунд на котушці: середня напруга на котушці за період дорівнює нулю.
  3. Знайдіть напругу на котушці, поки ключ увімкнений, а потім ΔIL = VL·D/(L·f).
  4. Для пульсацій виходу знайдіть заряд, що входить у конденсатор і виходить із нього; для межі режиму безперервних струмів прирівняйте середній струм котушки до ΔIL/2.

Міст Вітстона й тензорезистори

Напруги дільників
Va = VsR2/(R1 + R2), Vb = VsR4/(R3 + R4)
Виведення
Vab = Va − Vb
Баланс
R1/R2 = R3/R4
Реохордний міст
R/Rx = l/(100 − l)
Опір Тевенена
Rth = R1∥R2 + R3∥R4
Коефіцієнт тензочутливості
ΔR/R = GF·ε
Вихід мосту
чвертьміст Vs·GF·ε/4, напівміст Vs·GF·ε/2, повний міст Vs·GF·ε
Мала зміна, одне плече
Vab ≈ Vs·ΔR/(4R)
Напруження
σ = E·ε

Метод

  1. Розглядайте міст як два дільники напруги на одному джерелі живлення.
  2. Для рівноваги покладіть R₁/R₂ = R₃/R₄ і розв’яжіть відносно невідомого резистора.
  3. Для незбалансованого мосту знайдіть Va і Vb з дільників і відніміть; коли вимірювач навантажує вихід, скористайтеся еквівалентом Тевенена.
  4. Для тензорезисторів переведіть деформацію в ΔR/R = GF·ε і користуйтеся Vs·GF·ε/4, /2 або ×1 для чвертьмосту, напівмосту чи повного мосту.

Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригери

Базові вентилі
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Правила булевої алгебри
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
Закони де Моргана
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Порядок на карті Карно
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Група з 2ᵏ клітинок
втрачає k змінних
Мультиплексор 4-до-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Тригери
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Лічильники
n-розрядний: 2ⁿ станів; за модулем N: найменше n з 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Послідовний лічильник
fmax = 1/(n·tpd)
Кільцевий лічильник і лічильник Джонсона
n і 2n станів

Метод

  1. Для схеми рухайтеся від входів до виходу вентиль за вентилем і записуйте значення на кожному дроті, або запишіть її вираз і заповніть таблицю істинності.
  2. Для спрощення занесіть одиниці (а байдужі стани як X) на карту Карно з рядками й стовпцями в коді Грея: 00, 01, 11, 10.
  3. Покрийте одиниці якомога меншою кількістю якомога більших груп по 1, 2, 4, 8 або 16 клітинок, з переходом через краї; кожна група — це один добуток зі змінних, що лишаються сталими. Для форми POS групуйте нулі.
  4. Для тригерів і лічильників читайте входи на кожному активному фронті такту, записуйте стан після кожного фронту й пам’ятайте, що n-розрядний лічильник переходить через максимум після 2ⁿ станів.

2Задачі для практики

1.Діоди й транзисториСередня
RC​ = 2,7 kΩβ = 100RE​ = 470 ΩVCC​ = 20 VR1​ = 47 kΩR2​ = 6,8 kΩ

NPN-транзистор з β = 100 має зміщення дільником напруги від VCC = 20 V: R₁ = 47 kΩ від VCC до бази й R₂ = 6,8 kΩ від бази до землі. Колекторний резистор RC = 2,7 kΩ, емітерний резистор RE = 470 Ω. Візьміть VBE = 0,7 V і використайте еквівалент Тевенена дільника (не нехтуйте струмом бази). Знайдіть напругу колектор–емітер VCE.

VCC = 20 VR1 = 47 kΩR2 = 6,8 kΩRC = 2,7 kΩRE = 470 Ωβ = 100
VCE = V
2.Діоди й транзисториСкладна
RC​ = 470 Ωβ = 80VCC​ = 9 V5 VRB​ = ?

NPN-транзистор з β = 80 комутує резистор навантаження 470 Ω, увімкнений між VCC = 9 V і його колектором. Емітер заземлено. Базу керують від логічного виходу 5 V через базовий резистор RB. Візьміть VBE = 0,7 V і VCE(sat) = 0,2 V. Знайдіть найбільший базовий резистор RB, у kΩ, за якого транзистор ще входить у насичення.

VCC = 9 VRC = 470 Ωβ = 80Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
3.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 1 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = −0,5 VRa​ = 2 kΩRb​ = 10 kΩ

ОП ідеальний і живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

Vin = −0,5 VRa = 2 kΩRb = 10 kΩR1 = 1 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
4.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 1 kΩV1​ = −0,8 VR1​ = 10 kΩV2​ = −0,7 VR2​ = 1 kΩ

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

V1 = −0,8 VV2 = −0,7 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
5.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​24 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 3,3 kΩC220 µF+−vC​

Джерело Vₛ заряджає конденсатор через R₁, а R₂ під’єднано паралельно C. Конденсатор розряджений, коли вимикач замикається в момент t = 0. Знайдіть сталу часу τ кола після замикання ключа.

Vs = 24 VR1 = 10 kΩR2 = 3,3 kΩC = 220 µF
τ = ms
6.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 VR1​ = 22 ΩR2​ = 15 Ωрозмикається при t = 0L47 mHi(t)

Ключ паралельно R2 був замкнений тривалий час, тож струм котушки сталий. При t = 0 ключ розмикається. Через який час після t = 0 струм котушки досягне 0,571 A? Знайдіть t.

Vs = 15 VR1 = 22 ΩR2 = 15 ΩL = 47 mH
t = ms
7.Послідовні й паралельні резисториСередня
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​10 ΩB

Знайдіть струм IR1, який віддає джерело і який тече через R1.

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 4 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
8.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 30 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩAR4​8 ΩBR6​6 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 9 VR1 = 30 ΩR2 = 30 ΩR3 = 3 ΩR4 = 8 ΩR5 = 4 ΩR6 = 6 Ω
Req = Ω
9.DC-DC перетворювачіСередня
+−24 VSL = ?CR+−9,6 V

Ідеальний знижувальний перетворювач перетворює 24 V на 9,6 V на частоті комутації 25 kHz. Знайдіть індуктивність L, за якої розмах струму пульсацій котушки становить 0,8 A.

Vin​ = 24 VVo​ = 9,6 Vf = 25 kHzΔIL = 0,8 A
L = µH
10.DC-DC перетворювачіСкладна
+−15 VSLC = 220 µFR = 50 Ω−+−22,5 V

Ідеальний знижувально-підвищувальний перетворювач перетворює 15 V на −22,5 V для навантаження 50 Ω на частоті 500 kHz. Вихідний конденсатор має 220 µF. Знайдіть розмах пульсацій вихідної напруги ΔVo у mV.

Vin​ = 15 VVo​ = −22,5 Vf = 500 kHzC = 220 µFR = 50 Ω
ΔVo = mV
11.Міст Вітстона й тензорезисториСередня
+−3 V250 Ω250 Ω + ΔR250 Ω250 Ωab+−Vab​ = ?

Міст має чотири плеча по 250 Ω і Vs = 3 V. Датчик R₂ збільшується на ΔR = 25 Ω. Знайдіть точний вихід Vab у mV.

Vs = 3 VR = 250 ΩΔR = 25 Ω
Vab = mV
12.Міст Вітстона й тензорезисториСкладна
+−3 V350 Ω350 Ω + ΔR350 Ω350 Ωab+−0,398 mV

Тензорезистор (GF = 2,12) на елементі з E = 70 GPa утворює чвертьміст із живленням 3 V. Вихід показує 0,398 mV. Знайдіть осьове напруження σ у MPa.

Vs = 3 VGF = 2,12Vo = 0,398 mVE = 70 GPa
σ = MPa
13.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригериСередня
ABCD000111100001111000111302040517061120130151140819111010

Скористайтеся картою Карно, щоб знайти мінімальну форму суми добутків (SOP) для F(A, B, C, D) = Σm(1, 3, 7, 9, 11, 12, 14). Скільки добутків N вона має?

F(A, B, C, D) = Σm(1, 3, 7, 9, 11, 12, 14)
N =
14.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригериСкладна
DQ3​Q3​DQ2​Q2​DQ1​Q1​DQ0​Q0​CLKRING

4-розрядний кільцевий лічильник Q₃Q₂Q₁Q₀ починає з 1100. На кожному фронті такту біти зсуваються на одне місце праворуч (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀), а Q₃ отримує Q₀. Запишіть стан Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ як десяткове число після 7 фронтів такту.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 11007
Q =

3Розчини

1.Діоди й транзистори

Відповідь: VCE = 9,135 V

Робоча точка БТ: в активному режимі VBE = 0,7 V, IC = β·IB і IE = (β + 1)·IB. Знайдіть IB з базового контуру за ЗНК, потім IC, потім VCE з контуру колектор–емітер. Дільник напруги в колі бази замінюють його еквівалентом Тевенена VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; емітерний резистор у базовому контурі виглядає в (β + 1) разів більшим.

Еквівалент Тевенена дільника

VTH = 20·6,8/(47 + 6,8) = 2,528 V
RTH = 47·6,8/(47 + 6,8) = 5,941 kΩ

Струм бази

ЗНК для базового контуру; струм емітера дорівнює (β + 1)·IB.

IB = (2,528 − 0,7)/(5,941 + 101·0,47) = 34,22 µA

Струм колектора

IC = 100·34,22 µA = 3,422 mA
IE = 101·34,22 µA = 3,457 mA

Напруга колектор–емітер

VCE = 20 − 3,422·2,7 − 3,457·0,47 = 9,135 V

Відповідь

VCE = 9,135 V
2.Діоди й транзистори

Відповідь: RB = 18,37 kΩ

БТ як ключ: щоб повністю ввімкнути навантаження, транзистор переводять у насичення, де VCE = VCE(sat), а струм колектора визначається навантаженням: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Для насичення потрібен струм бази щонайменше IB = IC(sat)/β. Якщо струм бази менший, транзистор залишається в активному режимі й IC = β·IB.

Струм колектора в насиченні

IC(sat) = (9 − 0,2)/470 = 18,72 mA

Мінімальний струм бази

IB(min) = IC(sat)/β = 18,72/80 = 234 µA

Базовий резистор

RB = (5 − 0,7)/IB = 4,3 V/0,234 mA = 18,37 kΩ

Відповідь

RB = 18,37 kΩ

Будь-який менший базовий резистор також насичує транзистор; на практиці беруть у кілька разів менший.

3.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,8333 V

Правила ідеального ОП: з від’ємним зворотним зв’язком підсилювач встановлює вихід так, щоб обидва входи мали однакову напругу (V₋ = V₊), і в жоден вхід струм не тече. ЗСК на інвертувальному вході з цими двома фактами дає вихід.

Напруга на вході +

V₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = −0,5·10/(2 + 10) = −0,4167 V

Коефіцієнт підсилення неінвертувального підсилювача

V₋ = V₊, і струм через R₁ тече також через Rf.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = −0,4167·(1 + 1/1) = −0,8333 V

Відповідь

Vout = −0,8333 V
4.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 0,78 V

Правила ідеального ОП: з від’ємним зворотним зв’язком підсилювач встановлює вихід так, щоб обидва входи мали однакову напругу (V₋ = V₊), і в жоден вхід струм не тече. ЗСК на інвертувальному вході з цими двома фактами дає вихід.

Вхідні струми

V₋ = 0, тож на кожному вхідному резисторі вся його вхідна напруга.

I1 = V1/R1 = −0,8/10 = −0,08 mA
I2 = V2/R2 = −0,7/1 = −0,7 mA
If = I1 + I2 = −0,78 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −1·(−0,78) = 0,78 V

Відповідь

Vout = 0,78 V
5.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: τ = 545,9 ms

Перехідні процеси першого порядку: у колі з одним конденсатором або однією котушкою кожна напруга й кожен струм експоненційно змінюються від початкового до кінцевого значення: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, де τ = RC або τ = L/R. Приблизно через 5τ коло виходить на усталений режим.

Еквівалентна схема Тевенена з боку конденсатора

Закоротіть джерело, щоб знайти Rth; розімкніть конденсатор, щоб знайти напругу, до якої він зарядиться.

Rth = R1 ∥ R2 = 10·3,3/(10 + 3,3) = 2,481 kΩ
vC(∞) = 24·3,3/(10 + 3,3) = 5,955 V

Стала часу

τ = Rth·C = 2,481·220 = 545,9 ms

Відповідь

τ = 545,9 ms
6.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 0,6508 ms

Перехідні процеси першого порядку: у колі з одним конденсатором або однією котушкою кожна напруга й кожен струм експоненційно змінюються від початкового до кінцевого значення: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, де τ = RC або τ = L/R. Приблизно через 5τ коло виходить на усталений режим.

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

До t = 0 замкнений ключ шунтує R₂; після цього в контурі обидва резистори, R₁ і R₂.

i(0) = 15/22 = 0,6818 A
i(∞) = 15/(22 + 15) = 0,4054 A
τ = L/R = 47/37 = 1,27 ms
i(t) = 0,4054 + (0,6818 − 0,4054)·e−t/τ

Виразіть час

e−t/τ = (0,571 − 0,4054)/(0,6818 − 0,4054) = 0,5991
t = 1,27·ln(1,669) = 0,6508 ms

Відповідь

t = 0,6508 ms
7.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,3511 A

Послідовне й паралельне з’єднання: послідовно через кожен резистор тече той самий струм і R = R₁ + R₂ + …. Паралельно на кожному резисторі та сама напруга і 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Драбинчасту мережу спрощують по одній парі, доки не залишиться один еквівалентний опір.

R1​ = 12 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​10 ΩB

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Почніть із кінця, найдальшого від джерела, і рухайтеся до нього. Резистори з однаковим струмом з’єднані послідовно; резистори між тими самими двома вузлами — паралельно.

R3 + R4 = 4 + 10 = 14 Ω
R2 ∥ 14 = 8·14/(8+14) = 5,091 Ω
Req = R1 + 5,091 = 12 + 5,091 = 17,09 Ω

Струм джерела

Джерело бачить лише Req, тож закон Ома дає струм, який воно віддає. Цей струм тече через R₁.

IR1 = V1/Req = 6/17,09 = 0,3511 A

Відповідь

IR1 = 0,3511 A
8.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 35,96 Ω

Послідовне й паралельне з’єднання: послідовно через кожен резистор тече той самий струм і R = R₁ + R₂ + …. Паралельно на кожному резисторі та сама напруга і 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Драбинчасту мережу спрощують по одній парі, доки не залишиться один еквівалентний опір.

R1​ = 30 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩAR4​8 ΩBR6​6 Ω

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Почніть із кінця, найдальшого від джерела, і рухайтеся до нього. Резистори з однаковим струмом з’єднані послідовно; резистори між тими самими двома вузлами — паралельно.

R5 + R6 = 4 + 6 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 4,444 Ω
R3 + 4,444 = 7,444 Ω
R2 ∥ 7,444 = 5,964 Ω
Req = R1 + 5,964 = 30 + 5,964 = 35,96 Ω

Відповідь

Req = 35,96 Ω
9.DC-DC перетворювачі

Відповідь: L = 288 µH

DC-DC перетворювачі: ключ S вмикається на частку D кожного періоду T = 1/f. В усталеному режимі середня напруга на котушці дорівнює нулю (баланс вольт-секунд), що дає ідеальні коефіцієнти перетворення в режимі безперервних струмів: знижувальний Vo = D·Vin, підвищувальний Vo = Vin/(1 − D), інвертувальний знижувально-підвищувальний |Vo| = Vin·D/(1 − D). Ідеальний перетворювач зберігає потужність: Vin·Iin = Vo·Io. Поки ключ S увімкнений, струм котушки зростає на ΔIL = VL·D·T/L, де VL = Vin − Vo для знижувального й Vin для підвищувального та знижувально-підвищувального. Пульсації виходу дорівнюють ΔVo = ΔIL/(8fC) для знижувального й Io·D/(fC) для підвищувального та знижувально-підвищувального. Струм котушки лише торкається нуля (межа режиму безперервних струмів), коли середній струм котушки дорівнює ΔIL/2.

Коефіцієнт заповнення

D = 9,6/24 = 0,4

Індуктивність

L = 14,4·0,4/(0,8·25·10³) = 288 µH

Відповідь

L = 288 µH
10.DC-DC перетворювачі

Відповідь: ΔVo = 2,455 mV

DC-DC перетворювачі: ключ S вмикається на частку D кожного періоду T = 1/f. В усталеному режимі середня напруга на котушці дорівнює нулю (баланс вольт-секунд), що дає ідеальні коефіцієнти перетворення в режимі безперервних струмів: знижувальний Vo = D·Vin, підвищувальний Vo = Vin/(1 − D), інвертувальний знижувально-підвищувальний |Vo| = Vin·D/(1 − D). Ідеальний перетворювач зберігає потужність: Vin·Iin = Vo·Io. Поки ключ S увімкнений, струм котушки зростає на ΔIL = VL·D·T/L, де VL = Vin − Vo для знижувального й Vin для підвищувального та знижувально-підвищувального. Пульсації виходу дорівнюють ΔVo = ΔIL/(8fC) для знижувального й Io·D/(fC) для підвищувального та знижувально-підвищувального. Струм котушки лише торкається нуля (межа режиму безперервних струмів), коли середній струм котушки дорівнює ΔIL/2.

Коефіцієнт заповнення

D = 22,5/(15 + 22,5) = 0,6

Струм навантаження

Io = 22,5/50 = 0,45 A

Пульсації виходу

ΔVo = 0,45·0,6/(500·10³·220·10⁻⁶) = 2,455 mV

Відповідь

ΔVo = 2,455 mV
11.Міст Вітстона й тензорезистори

Відповідь: Vab = 71,43 mV

Міст Вітстона: два дільники напруги живляться від одного джерела Vs. Лівий дільник R1–R2 дає Va = Vs·R2/(R1 + R2), а правий дільник R3–R4 дає Vb = Vs·R4/(R3 + R4); вихід — Vab = Va − Vb. Міст збалансований (Vab = 0, у вимірювачі немає струму), коли R1/R2 = R3/R4, тобто R1·R4 = R2·R3. З боку виходу міст — це джерело Тевенена з Rth = R1∥R2 + R3∥R4.

Напруги вузлів

Va = 3·275/525 = 1,571 V
Vb = 1,5 V

Виведення

Vab = 71,43 mV

Відповідь

Vab = 71,43 mV

Лінійна оцінка Vs·ΔR/(4R) = 75 mV завищена на 5 %: чвертьміст не зовсім лінійний.

12.Міст Вітстона й тензорезистори

Відповідь: σ = 17,52 MPa

Тензорезистори: тензорезистор змінює опір під дією деформації: ΔR/R = GF·ε, де коефіцієнт тензочутливості GF для металевої фольги близько 2. У мосту, всі плечі якого дорівнюють R, один активний тензорезистор (чвертьміст) дає Vo ≈ Vs·GF·ε/4. Два активні тензорезистори з протилежними деформаціями в сусідніх плечах (напівміст) дають Vs·GF·ε/2, а чотири (повний міст) — Vs·GF·ε. Напруження випливає із закону Гука, σ = E·ε. Тензометричні датчики сили вказують чутливість у mV/V: вихід при повному навантаженні на один вольт живлення.

Деформація

ε = 4·0,000398/(3·2,12) = 0,0002503

Напруження

σ = 70·10³ MPa·0,0002503 = 17,52 MPa

Відповідь

σ = 17,52 MPa
13.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригери

Відповідь: N = 3

Карти Карно: клітинки впорядковано за кодом Грея (00, 01, 11, 10), тож сусідні клітинки, зокрема через краї, відрізняються рівно однією змінною. Групуйте одиниці в прямокутники по 1, 2, 4, 8 або 16 клітинок, якомога більші й у якомога меншій кількості, доки кожну 1 не буде покрито. Кожна група — це один добуток: змінні, що лишаються сталими всередині неї. Група з 2ᵏ клітинок втрачає k змінних. Байдужі стани (X) можна використовувати, щоб групи були більшими, але їх не обов’язково покривати. Групування нулів замість одиниць дає мінімальну форму POS.

ABCD000111100001111000111302040517061120130151140819111010

Згрупуйте одиниці

Кожна група — це прямокутник із 2ᵏ клітинок; крайні клітинки є сусідами клітинок на протилежному краї.

B′D
A′CD
ABD′

Мінімальна форма SOP

F = B′D + A′CD + ABD′
N = 3

Відповідь

N = 3
14.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригери

Відповідь: Q = 9

Тригери та лічильники: тригер змінюється лише за активним фронтом такту. D копіює свій вхід (Q⁺ = D); T перемикається, коли T = 1; JK зберігає стан за 00, скидає за 01, встановлює за 10 і перемикає за 11. n-розрядний двійковий лічильник має 2ⁿ станів і рахує за модулем 2ⁿ; лічильник за модулем N рахує 0, 1, …, N − 1 і повертається до 0, і йому потрібне найменше n, для якого 2ⁿ ≥ N тригерів. Кожен ступінь послідовного лічильника ділить частоту навпіл, тож останній вихід лічильника за модулем N має частоту fclk/N. Лічильник Джонсона з n тригерів має 2n станів, кільцевий — n.

Стан після кожного фронту

1100 → 0110 → 0011 → 1001 → 1100 → 0110 → 0011 → 1001

Десяткове значення

1001₂ = 9

Відповідь

Q = 9

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1