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​ = 1,5 kΩβ = 100IC​ = ?RE​ = 1 kΩVCC​ = 18 VR1​ = 56 kΩR2​ = 8,2 kΩ

NPN-транзистор з β = 100 має зміщення дільником напруги від VCC = 18 V: R₁ = 56 kΩ від VCC до бази й R₂ = 8,2 kΩ від бази до землі. Колекторний резистор RC = 1,5 kΩ, емітерний резистор RE = 1 kΩ. Візьміть VBE = 0,7 V і використайте еквівалент Тевенена дільника (не нехтуйте струмом бази). Знайдіть струм колектора IC у mA.

VCC = 18 VR1 = 56 kΩR2 = 8,2 kΩRC = 1,5 kΩRE = 1 kΩβ = 100
IC = mA
2.Діоди й транзисториСкладна
RC​ = 470 Ωβ = 200VCC​ = 24 V5 VRB​ = ?

NPN-транзистор з β = 200 комутує резистор навантаження 470 Ω, увімкнений між VCC = 24 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. Для надійного перемикання розрахуйте струм бази в 10 разів більшим за мінімально потрібний для насичення. Знайдіть RB у kΩ.

VCC = 24 VRC = 470 Ωβ = 200Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 Vкоефіцієнт перенасичення = 10
RB = kΩ
3.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​R2​ = 2 kΩV1​ = 1,4 VR1​ = 1 kΩV2​ = 2,1 VR3​ = 1 kΩR4​ = 2 kΩ

Диференціальний підсилювач використовує ідеальний ОП із живленням ±15 V, R3 = R1 і R4 = R2. Знайдіть напругу V− на інвертувальному вході.

V1 = 1,4 VV2 = 2,1 VR1 = R3 = 1 kΩR2 = R4 = 2 kΩ
V− = V
4.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​C = 0,47 µFVin​ = 1,5 VR = 100 kΩ

Інтегратор використовує ідеальний ОП із живленням ±15 V; його вихід насичується на рівні ±13 V. Конденсатор розряджений, коли при t = 0 подається стала вхідна напруга Vin = 1,5 V. Знайдіть вихідну напругу Vout при t = 50 ms.

Vin = 1,5 VR = 100 kΩC = 0,47 µFVsat = ±13 Vt = 50 ms
Vout = V
5.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​10 Vt = 0R = 50 ΩL150 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 5 ms.

Vs = 10 VR = 50 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
6.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​6 Vt = 0R = 3,3 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 5 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 5 V з указаною полярністю. За який час vC досягне 5,3 V? Знайдіть t.

Vs = 6 VR = 3,3 kΩC = 22 µFvC(0) = 5 V
t = ms
7.Послідовні й паралельні резисториСередня
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​4 ΩB

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

V1 = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 Ω
IR1 = A
8.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 2 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩIR2​AR4​4 ΩBR6​2 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 ΩR4 = 4 ΩR5 = 15 ΩR6 = 2 Ω
IR2 = A
9.DC-DC перетворювачіСередня
tiL​Imax​ = ?Imin​Io​DTT2T

Знижувальний перетворювач перетворює 12 V на 8,4 V для навантаження 20 Ω. Він комутується на частоті 25 kHz при L = 220 µH. Знайдіть піковий струм котушки Imax.

Vin​ = 12 VVo​ = 8,4 Vf = 25 kHzL = 220 µHR = 20 Ω
Imax = A
10.DC-DC перетворювачіСкладна
+−9 VSLC = 22 µFR = 20 Ω−+−6 V

Ідеальний знижувально-підвищувальний перетворювач перетворює 9 V на −6 V для навантаження 20 Ω на частоті 50 kHz. Вихідний конденсатор має 22 µF. Знайдіть розмах пульсацій вихідної напруги ΔVo у mV.

Vin​ = 9 VVo​ = −6 Vf = 50 kHzC = 22 µFR = 20 Ω
ΔVo = mV
11.Міст Вітстона й тензорезисториСередня
+−9 V200 Ω200 Ω + ΔR200 Ω200 Ωab+−Vab​ = ?

Міст має чотири плеча по 200 Ω і Vs = 9 V. Датчик R₂ збільшується на ΔR = 1,6 Ω. У наближенні малих змін знайдіть вихід Vab у mV.

Vs = 9 VR = 200 ΩΔR = 1,6 Ω
Vab = mV
12.Міст Вітстона й тензорезисториСкладна
+−V1000 Ω1000 Ω + ΔR1000 Ω1000 Ωab+−

Тензорезистор 1000 Ω з коефіцієнтом тензочутливості 2 приклеєно до сталевого стрижня. Під навантаженням його опір зростає на 0,4 Ω. Знайдіть деформацію ε у мікродеформаціях (µε).

R = 1000 ΩGF = 2ΔR = 0,4 Ω
ε = µε
13.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригериСередня
ABCD00011110000111101111111

На цій карті Карно рівно одна 1 не має сусідньої 1, тож у мінімальній формі SOP вона лишається групою з однієї клітинки (повний мінтерм із чотирьох літералів). Сусіди через краї карти враховуються. Клікніть цю клітинку.

F = Σm(0, 7, 8, 9, 10, 11, 13)
  1. 1AB = 00, CD = 00
  2. 2AB = 00, CD = 01
  3. 3AB = 00, CD = 11
  4. 4AB = 00, CD = 10
  5. 5AB = 01, CD = 00
  6. 6AB = 01, CD = 01
  7. 7AB = 01, CD = 11
  8. 8AB = 01, CD = 10
  9. 9AB = 11, CD = 00
  10. 10AB = 11, CD = 01
  11. 11AB = 11, CD = 11
  12. 12AB = 11, CD = 10
  13. 13AB = 10, CD = 00
  14. 14AB = 10, CD = 01
  15. 15AB = 10, CD = 11
  16. 16AB = 10, CD = 10
14.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригериСкладна
ABCD000111100001111000010312X4050706X12113X151141809111010

Знайдіть мінімальну форму SOP для F(A, B, C, D) = Σm(2, 8, 11, 13, 14) + d(4, 12, 15), де d позначає байдужі стани. Скільки літералів L вона містить?

F(A, B, C, D) = Σm(2, 8, 11, 13, 14) + d(4, 12, 15)
L =

3Розчини

1.Діоди й транзистори

Відповідь: IC = 1,479 mA

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 = 18·8,2/(56 + 8,2) = 2,299 V
RTH = 56·8,2/(56 + 8,2) = 7,153 kΩ

Струм бази

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

IB = (2,299 − 0,7)/(7,153 + 101·1) = 14,79 µA

Струм колектора

IC = 100·14,79 µA = 1,479 mA
IE = 101·14,79 µA = 1,493 mA

Відповідь

IC = 1,479 mA
2.Діоди й транзистори

Відповідь: RB = 1,698 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) = (24 − 0,2)/470 = 50,64 mA

Мінімальний струм бази

IB(min) = IC(sat)/β = 50,64/200 = 253,2 µA

Розрахунковий струм бази

IB = 10·253,2 µA = 2532 µA

Базовий резистор

RB = (5 − 0,7)/IB = 4,3 V/2,532 mA = 1,698 kΩ

Відповідь

RB = 1,698 kΩ
3.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: V− = 1,4 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 входах

Через R₃ і R₄ тече однаковий струм, тож вони утворюють подільник напруги; зворотний зв’язок забезпечує V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 2,1·2/(1 + 2) = 1,4 V
V₋ = V₊

Відповідь

V− = 1,4 V
4.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1,596 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.

Вхідний струм і швидкість наростання

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

RC = 100 kΩ · 0,47 µF = 47 ms
швидкість наростання = −Vin/(RC) = −1,5/47 = −0,03191 V/ms

Вихідна напруга в заданий момент

Ідеальне значення лежить у межах ±Vsat, тож інтегратор ще не обмежує сигнал.

Vout = −Vin·t/(RC) = −1,5·50/47 = −1,596 V

Відповідь

Vout = −1,596 V
5.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,1622 A

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.

Стала часу і кінцевий струм

Через тривалий час після замикання котушка поводиться як коротке замикання, тож кінцевий струм визначає лише R.

τ = L/R = 150 mH / 50 Ω = 3 ms
i(∞) = Vs/R = 10/50 = 0,2 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,2·(1 − e−5/3) = 0,1622 A

Відповідь

i = 0,1622 A
6.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 25,89 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

Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком, тож вона починає з накопиченого значення й прямує до напруги джерела.

vC(0) = 5 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 22 µF = 72,6 ms
vC(t) = 6 + (5 − 6)·e−t/τ

Виразіть час

5,3 = 6 + (−1)·e−t/τ → e−t/τ = (5,3 − 6)/(5 − 6) = 0,7
t = τ·ln((5 − 6)/(5,3 − 6)) = 72,6·ln(1,429) = 25,89 ms

Відповідь

t = 25,89 ms
7.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,7119 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​ = 5 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​4 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 = 2 + 4 = 6 Ω
R2 ∥ 6 = 8·6/(8+6) = 3,429 Ω
Req = R1 + 3,429 = 5 + 3,429 = 8,429 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 6/8,429 = 0,7119 A

Відповідь

IR1 = 0,7119 A
8.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 2,387 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​ = 2 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​4 ΩBR6​2 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 = 15 + 2 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 3,238 Ω
R3 + 3,238 = 28,24 Ω
R2 ∥ 28,24 = 3,504 Ω
Req = R1 + 3,504 = 2 + 3,504 = 5,504 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 15/5,504 = 2,725 A

Струм через R₂

Відніміть спад на R₁, щоб отримати напругу у вузлі A, тобто напругу на R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 2,725·2 = 9,549 V
IR2 = VA/R2 = 9,549/4 = 2,387 A

Відповідь

IR2 = 2,387 A
9.DC-DC перетворювачі

Відповідь: Imax = 0,6491 A

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 = 8,4/12 = 0,7

Середній струм і пульсації струму

Io = 8,4/20 = 0,42 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 3,6·0,7/(220·10⁻⁶·25·10³) = 0,4582 A

Піковий струм

Imax = 0,42 + 0,4582/2 = 0,6491 A

Відповідь

Imax = 0,6491 A
10.DC-DC перетворювачі

Відповідь: ΔVo = 109,1 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 = 6/(9 + 6) = 0,4

Струм навантаження

Io = 6/20 = 0,3 A

Пульсації виходу

ΔVo = 0,3·0,4/(50·10³·22·10⁻⁶) = 109,1 mV

Відповідь

ΔVo = 109,1 mV
11.Міст Вітстона й тензорезистори

Відповідь: Vab = 18 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.

Відносна зміна

ΔR/R = 1,6/200 = 0,008

Лінеаризований вихід

Vab ≈ 9·0,008/4 = 18 mV

Відповідь

Vab = 18 mV

Точне значення становить 17,93 mV; наближення добре, поки ΔR/R мале.

12.Міст Вітстона й тензорезистори

Відповідь: ε = 200 µε

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.

Відносна зміна опору

ΔR/R = 0,4/1000 = 0,0004

Деформація

ε = 0,0004/2 = 0,0002 = 200 µε

Відповідь

ε = 200 µε
13.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригери

Відповідь: AB = 01, CD = 11

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.

Сусіди кожної 1

1 із сусідньою 1 може приєднатися до групи з двох або більше.

m7: m6, m5, m3, m15 → 0
ABCD00011110000111101111111

Ізольована 1

m7 = A′BCD → AB = 01, CD = 11

Відповідь

AB = 01, CD = 11
14.Цифрова логіка: вентилі, карти Карно та тригери

Відповідь: L = 12

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.

Прості імпліканти

Найбільші групи, які можна утворити з одиниць і X.

AC′D′, ACD, AB, A′B′CD′
ABCD000111100001111000010312X4050706X12113X151141809111010

Мінімальне покриття

F = AC′D′ + ACD + AB + A′B′CD′
L = 12

Відповідь

L = 12

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1