Điện tử 1: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 14 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.

1Công thức và phương pháp

Diode và transistor

Diode (sụt áp không đổi)
VD = 0,7 V when conducting
Vùng tích cực
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Phân cực cố định
IB = (VCC − 0,7)/RB
Phân cực bằng cầu chia áp
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Thévenin của cầu chia áp
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Vòng cực thu
VCE = VCC − ICRC − IERE
Bão hòa
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Mạch khuếch đại thuật toán

Bộ khuếch đại đảo
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Bộ khuếch đại không đảo
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Bộ khuếch đại cộng
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Op-amp lý tưởng
V+ = V−, Iin = 0

Quá độ RC và RL

Hằng số thời gian
τ = RC | τ = L/R
Đáp ứng
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Tụ điện ở chế độ một chiều
hở mạch; vC không thể nhảy vọt
Cuộn cảm ở chế độ một chiều
ngắn mạch; iL không thể nhảy vọt
Đã ổn định
t ≈ 5τ

Phương pháp

  1. Tìm giá trị ban đầu ngay sau khi đóng cắt: điện áp tụ điện và dòng điện cuộn cảm không thể nhảy vọt.
  2. Tìm giá trị cuối rất lâu sau khi đóng cắt: tụ điện hoạt động như hở mạch, cuộn cảm như ngắn mạch.
  3. Tìm hằng số thời gian: τ = RC hoặc τ = L/R, dùng điện trở mà tụ điện hoặc cuộn cảm nhìn thấy.
  4. Dùng x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Điện trở nối tiếp và song song

Điện trở nối tiếp
Req = R1 + R2 + …
Điện trở song song
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Hai điện trở song song
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Định luật Ohm
V = I·R
Công suất
P = V·I = I²R = V²/R

Phương pháp

  1. Bắt đầu từ đầu của mạng xa các cực nhất.
  2. Gộp các điện trở nối tiếp bằng cách cộng chúng, và các điện trở song song bằng 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Vẽ lại mạch sau mỗi bước.
  4. Lặp lại cho đến khi chỉ còn một điện trở giữa hai cực.

Bộ biến đổi DC-DC

Buck
Vo = D·Vin
Boost
Vo = Vin/(1 − D)
Buck-boost đảo
|Vo| = Vin·D/(1 − D)
Cân bằng công suất lý tưởng
VinIin = VoIo
Độ gợn cuộn cảm
ΔIL = VL,on·D/(L·f); buck Vin − Vo, boost and buck-boost Vin
Dòng cuộn cảm trung bình
buck Io; boost và buck-boost Io/(1 − D)
Độ gợn đầu ra
buck ΔIL/(8fC); boost và buck-boost Io·D/(fC)
Ranh giới CCM
buck (1 − D)R/(2f); boost D(1 − D)²R/(2f); buck-boost (1 − D)²R/(2f)

Phương pháp

  1. Xác định bộ biến đổi (buck, boost hay buck-boost) và chu kỳ làm việc D từ tỷ số điện áp.
  2. Dùng cân bằng volt-giây trên cuộn cảm: điện áp cuộn cảm trung bình trong một chu kỳ bằng không.
  3. Tìm điện áp cuộn cảm khi khóa đóng, rồi ΔIL = VL·D/(L·f).
  4. Với độ gợn đầu ra, tìm điện tích chảy vào và ra khỏi tụ điện; với ranh giới CCM, đặt dòng cuộn cảm trung bình bằng ΔIL/2.

Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Điện áp bộ chia
Va = VsR2/(R1 + R2), Vb = VsR4/(R3 + R4)
Lượng ra
Vab = Va − Vb
Cân bằng
R1/R2 = R3/R4
Cầu dây trượt
R/Rx = l/(100 − l)
Điện trở Thévenin
Rth = R1∥R2 + R3∥R4
Hệ số cảm biến
ΔR/R = GF·ε
Đầu ra của cầu
một phần tư Vs·GF·ε/4, một nửa Vs·GF·ε/2, đầy đủ Vs·GF·ε
Thay đổi nhỏ, một nhánh
Vab ≈ Vs·ΔR/(4R)
Ứng suất
σ = E·ε

Phương pháp

  1. Coi cầu như hai bộ chia áp mắc song song trên cùng một nguồn.
  2. Để cầu cân bằng, đặt R₁/R₂ = R₃/R₄ rồi giải tìm điện trở chưa biết.
  3. Với cầu không cân bằng, tìm Va và Vb từ các bộ chia áp rồi lấy hiệu; dùng mạch tương đương Thévenin khi đồng hồ đo làm tải đầu ra.
  4. Với cảm biến biến dạng (strain gauge), đổi biến dạng sang ΔR/R = GF·ε rồi dùng Vs·GF·ε/4, /2 hoặc ×1 cho cầu một phần tư, nửa cầu hoặc cầu đầy đủ.

Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Các cổng cơ bản
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Các quy tắc Boole
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgan
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Thứ tự của bìa Karnaugh
00, 01, 11, 10 (Gray code)
Nhóm 2ᵏ ô
mất k biến
Bộ ghép kênh 4-sang-1
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Flip-flop
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Bộ đếm
n bit: 2ⁿ trạng thái; mod-N: n nhỏ nhất thỏa 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Bộ đếm gợn sóng
fmax = 1/(n·tpd)
Bộ đếm vòng và Johnson
n và 2n trạng thái

Phương pháp

  1. Với một mạch, hãy làm từ các đầu vào đến đầu ra từng cổng một và ghi giá trị trên mọi dây, hoặc viết biểu thức của nó rồi điền bảng chân trị.
  2. Để rút gọn, hãy đặt các số 1 (và các điều kiện tùy định là X) vào một bìa Karnaugh với hàng và cột theo mã Gray: 00, 01, 11, 10.
  3. Hãy phủ các số 1 bằng càng ít nhóm và càng lớn càng tốt gồm 1, 2, 4, 8 hoặc 16 ô, cuộn qua mép; mỗi nhóm là một số hạng tích gồm các biến không đổi. Hãy nhóm các số 0 cho dạng POS.
  4. Với flip-flop và bộ đếm, hãy đọc các đầu vào tại mỗi sườn xung nhịp tích cực, ghi trạng thái sau mỗi sườn, và nhớ rằng bộ đếm n bit quay vòng sau 2ⁿ trạng thái.

2Bài tập

1.Diode và transistorTrung bình
RC​ = 1 kΩβ = 150RE​ = 1,5 kΩVCC​ = 18 VR1​ = 47 kΩR2​ = 8,2 kΩ

Một transistor NPN có β = 150 được phân cực bằng cầu chia áp từ VCC = 18 V: R₁ = 47 kΩ từ VCC đến cực nền và R₂ = 8,2 kΩ từ cực nền xuống đất. Điện trở cực thu là RC = 1 kΩ và điện trở cực phát là RE = 1,5 kΩ. Lấy VBE = 0,7 V và dùng mạch tương đương Thévenin của cầu chia áp (không bỏ qua dòng điện cực nền). Tìm điện áp cực thu–cực phát VCE.

VCC = 18 VR1 = 47 kΩR2 = 8,2 kΩRC = 1 kΩRE = 1,5 kΩβ = 150
VCE = V
2.Diode và transistorKhó
RC​ = 680 Ωβ = 150IC​ = ?VCC​ = 5 V3,3 VRB​ = 3,3 kΩ

Một transistor NPN có β = 150 đóng cắt một điện trở tải 680 Ω nối giữa VCC = 5 V và cực thu của nó. Cực phát được nối đất. Cực nền được điều khiển từ ngõ ra logic 3,3 V qua điện trở nền RB = 3,3 kΩ. Lấy VBE = 0,7 V và VCE(sat) = 0,2 V. Tìm dòng điện cực thu IC theo mA khi ngõ vào ở mức cao. Trước hết hãy xác định xem transistor có bão hòa không.

VCC = 5 VRC = 680 Ωβ = 150Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 VRB = 3,3 kΩ
IC = mA
3.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = 3 VRa​ = 4,7 kΩRb​ = 22 kΩ

Op-amp là lý tưởng và chạy với nguồn cấp ±15 V. Tìm điện áp ngõ ra Vout.

Vin = 3 VRa = 4,7 kΩRb = 22 kΩR1 = 22 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
4.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 0,9 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1,1 VR3​ = 2 kΩR4​ = 100 kΩ

Op-amp là lý tưởng và chạy với nguồn cấp ±15 V. Các tỉ số điện trở không khớp nhau. Tìm điện áp đầu ra Vout.

V1 = 0,9 VV2 = 1,1 VR1 = 10 kΩR2 = 47 kΩR3 = 2 kΩR4 = 100 kΩ
Vout = V
5.Quá độ RC và RLTrung bình
R = 15 Ωt = 0L10 mHi(t)

Cuộn cảm mang dòng điện ổn định 1,5 A. Tại t = 0 công tắc đóng vòng qua R và nguồn bị gỡ bỏ, nên dòng điện cuộn cảm giảm dần qua R. Tìm dòng điện i tại t = 1 ms.

i(0) = 1,5 AR = 15 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
6.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​6 Vt = 0R = 10 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 10 V

Ngay trước khi khóa đóng tại t = 0, tụ điện giữ 10 V với cực tính như hình. Mất bao lâu để vC đạt 7,2 V? Tìm t.

Vs = 6 VR = 10 kΩC = 33 µFvC(0) = 10 V
t = ms
7.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​4 ΩB

Tìm điện trở tương đương Req mà nguồn V1 nhìn thấy.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 3 ΩR4 = 4 Ω
Req = Ω
8.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​2 ΩBR6​5 Ω

Tìm điện trở tương đương Req mà nguồn V1 nhìn thấy.

V1 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 ΩR4 = 2 ΩR5 = 8 ΩR6 = 5 Ω
Req = Ω
9.Bộ biến đổi DC-DCTrung bình
tiL​Imax​ = ?Imin​Io​DTT2T

Một bộ buck biến 15 V thành 9 V cho tải 10 Ω. Nó chuyển mạch ở 100 kHz với L = 100 µH. Tìm dòng đỉnh của cuộn cảm Imax.

Vin​ = 15 VVo​ = 9 Vf = 100 kHzL = 100 µHR = 10 Ω
Imax = A
10.Bộ biến đổi DC-DCKhó
tiL​Imax​IL​DTT2T

Một bộ buck-boost đảo lý tưởng biến 36 V thành −108 V cho tải 4 Ω ở 250 kHz. Tìm điện cảm nhỏ nhất Lcrit để dẫn liên tục.

Vin​ = 36 VVo​ = −108 Vf = 250 kHzR = 4 Ω
Lcrit = µH
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngTrung bình
+−6 V1000 Ω1000 Ω + ΔR1000 Ω1000 Ωab+−Vab​ = ?

Một cầu có bốn nhánh 1000 Ω và Vs = 6 V. Cảm biến R₂ tăng thêm ΔR = 50 Ω. Tìm đầu ra chính xác Vab theo mV.

Vs = 6 VR = 1000 ΩΔR = 50 Ω
Vab = mV
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngKhó
+−V350 Ω350 Ω + ΔR350 Ω350 Ωab+−

Một cảm biến biến dạng 350 Ω với hệ số cảm biến 2 được dán vào một thanh thép. Dưới tải, điện trở của nó tăng thêm 0,28 Ω. Tìm biến dạng ε theo microstrain (µε).

R = 350 ΩGF = 2ΔR = 0,28 Ω
ε = µε
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
MUXC′I0​0I1​CI2​CI3​ABS1​S0​F

Một bộ ghép kênh 4-sang-1 có các đầu vào chọn S₁ = A và S₀ = B, và các đầu vào dữ liệu nối với I₀ = C′, I₁ = 0, I₂ = C, I₃ = C. Với bao nhiêu trong 8 tổ hợp của A, B và C thì đầu ra F = 1? Hãy tìm N.

I₀ = C′I₁ = 0I₂ = CI₃ = C
N =
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopKhó
ABCD0001111000011110100113120405X7X6012X130151141809111110

Hãy tìm dạng SOP tối thiểu của F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 3, 8, 10, 11, 14) + d(6, 7, 13), trong đó d đánh dấu các điều kiện tùy định. Nó chứa bao nhiêu literal L?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 2, 3, 8, 10, 11, 14) + d(6, 7, 13)
L =

3Dung dịch

1.Diode và transistor

Đáp số: VCE = 14,82 V

Điểm phân cực của BJT: trong vùng tích cực VBE = 0,7 V, IC = β·IB và IE = (β + 1)·IB. Tìm IB từ vòng cực nền bằng KVL, rồi IC, rồi VCE từ vòng cực thu–cực phát. Cầu chia áp ở cực nền được thay bằng mạch tương đương Thévenin VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; điện trở cực phát xuất hiện lớn gấp (β + 1) lần trong vòng cực nền.

Mạch tương đương Thévenin của cầu chia áp

VTH = 18·8,2/(47 + 8,2) = 2,674 V
RTH = 47·8,2/(47 + 8,2) = 6,982 kΩ

Dòng điện cực nền

KVL quanh vòng cực nền; dòng điện cực phát là (β + 1)·IB.

IB = (2,674 − 0,7)/(6,982 + 151·1,5) = 8,454 µA

Dòng điện cực thu

IC = 150·8,454 µA = 1,268 mA
IE = 151·8,454 µA = 1,277 mA

Điện áp cực thu–cực phát

VCE = 18 − 1,268·1 − 1,277·1,5 = 14,82 V

Đáp số

VCE = 14,82 V
2.Diode và transistor

Đáp số: IC = 7,059 mA

BJT làm khóa: để bật hoàn toàn một tải, transistor được đưa vào bão hòa, nơi VCE = VCE(sat) và dòng điện cực thu do tải quyết định: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Bão hòa cần dòng cực nền ít nhất IB = IC(sat)/β. Nếu dòng điện cực nền nhỏ hơn, transistor ở lại vùng tích cực và IC = β·IB.

Dòng điện cực nền

IB = (3,3 − 0,7)/3,3 kΩ = 787,9 µA

Bão hòa hay tích cực?

β·IB lớn hơn IC(sat), nên transistor bão hòa.

β·IB = 118,2 mA
IC(sat) = (5 − 0,2)/680 = 7,059 mA

Dòng điện cực thu

IC = IC(sat) = 7,059 mA

Đáp số

IC = 7,059 mA

Transistor ở trạng thái bão hòa.

3.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = 7,753 V

Quy tắc của op-amp lý tưởng: với hồi tiếp âm, op-amp điều khiển ngõ ra sao cho hai ngõ vào ở cùng điện áp (V₋ = V₊), và không có dòng điện chạy vào cả hai ngõ vào. Viết KCL tại ngõ vào đảo với hai sự kiện này sẽ cho ra ngõ ra.

Điện áp tại đầu vào +

V₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 3·22/(4,7 + 22) = 2,472 V

Độ khuếch đại không đảo

V₋ = V₊, và dòng điện qua R₁ cũng chạy qua Rf.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 2,472·(1 + 47/22) = 7,753 V

Đáp số

Vout = 7,753 V
4.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = 1,917 V

Quy tắc của op-amp lý tưởng: với hồi tiếp âm, op-amp điều khiển ngõ ra sao cho hai ngõ vào ở cùng điện áp (V₋ = V₊), và không có dòng điện chạy vào cả hai ngõ vào. Viết KCL tại ngõ vào đảo với hai sự kiện này sẽ cho ra ngõ ra.

Điện áp tại đầu vào +

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1,1·100/(2 + 100) = 1,078 V

Chồng chất hai đầu vào

Khi V₂ = 0, V₁ thấy một mạch khuếch đại đảo. Khi V₁ = 0, V₊ được khuếch đại bởi độ khuếch đại không đảo 1 + R₂/R₁.

Vout = −(47/10)·0,9 + (1 + 47/10)·1,078 = −4,23 + 6,147 = 1,917 V

Đáp số

Vout = 1,917 V
5.Quá độ RC và RL

Đáp số: i = 0,3347 A

Quá độ bậc nhất: trong mạch có một tụ điện hoặc một cuộn cảm, mọi điện áp và dòng điện biến thiên theo hàm mũ từ giá trị ban đầu đến giá trị cuối: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, với τ = RC hoặc τ = L/R. Sau khoảng 5τ mạch đã ổn định.

Hằng số thời gian

τ = L/R = 10 mH / 15 Ω = 0,6667 ms

Sự giảm của dòng điện

i(t) = 1,5·e−1/0,6667 = 0,3347 A

Đáp số

i = 0,3347 A
6.Quá độ RC và RL

Đáp số: t = 397,3 ms

Quá độ bậc nhất: trong mạch có một tụ điện hoặc một cuộn cảm, mọi điện áp và dòng điện biến thiên theo hàm mũ từ giá trị ban đầu đến giá trị cuối: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, với τ = RC hoặc τ = L/R. Sau khoảng 5τ mạch đã ổn định.

Giá trị đầu, giá trị cuối, hằng số thời gian

Điện áp tụ điện không thể nhảy vọt, nên nó bắt đầu từ giá trị đã tích và hướng tới điện áp nguồn.

vC(0) = 10 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 10 kΩ · 33 µF = 330 ms
vC(t) = 6 + (10 − 6)·e−t/τ

Giải tìm thời gian

7,2 = 6 + (4)·e−t/τ → e−t/τ = (7,2 − 6)/(10 − 6) = 0,3
t = τ·ln((10 − 6)/(7,2 − 6)) = 330·ln(3,333) = 397,3 ms

Đáp số

t = 397,3 ms
7.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: Req = 16,56 Ω

Điện trở nối tiếp và song song: khi nối tiếp, cùng một dòng điện chạy qua mỗi điện trở và R = R₁ + R₂ + …. Khi song song, mỗi điện trở có cùng điện áp và 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Mạch hình thang được rút gọn từng cặp một cho đến khi còn một điện trở tương đương duy nhất.

R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​4 ΩB

Gộp các điện trở từ đầu xa

Bắt đầu từ đầu xa nguồn nhất và làm ngược về phía nguồn. Các điện trở có cùng dòng điện thì mắc nối tiếp; các điện trở nối giữa cùng hai nút thì mắc song song.

R3 + R4 = 3 + 4 = 7 Ω
R2 ∥ 7 = 2·7/(2+7) = 1,556 Ω
Req = R1 + 1,556 = 15 + 1,556 = 16,56 Ω

Đáp số

Req = 16,56 Ω
8.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: Req = 24,76 Ω

Điện trở nối tiếp và song song: khi nối tiếp, cùng một dòng điện chạy qua mỗi điện trở và R = R₁ + R₂ + …. Khi song song, mỗi điện trở có cùng điện áp và 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Mạch hình thang được rút gọn từng cặp một cho đến khi còn một điện trở tương đương duy nhất.

R1​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​2 ΩBR6​5 Ω

Gộp các điện trở từ đầu xa

Bắt đầu từ đầu xa nguồn nhất và làm ngược về phía nguồn. Các điện trở có cùng dòng điện thì mắc nối tiếp; các điện trở nối giữa cùng hai nút thì mắc song song.

R5 + R6 = 8 + 5 = 13 Ω
R4 ∥ 13 = 1,733 Ω
R3 + 1,733 = 11,73 Ω
R2 ∥ 11,73 = 4,757 Ω
Req = R1 + 4,757 = 20 + 4,757 = 24,76 Ω

Đáp số

Req = 24,76 Ω
9.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: Imax = 1,08 A

Bộ biến đổi DC-DC: một khóa S đóng trong phần D của mỗi chu kỳ T = 1/f. Ở trạng thái xác lập, điện áp trung bình trên cuộn cảm bằng không (cân bằng volt-giây), cho các tỷ số biến đổi lý tưởng ở chế độ dẫn liên tục: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost đảo |Vo| = Vin·D/(1 − D). Một bộ biến đổi lý tưởng giữ nguyên công suất: Vin·Iin = Vo·Io. Khi S đóng, dòng cuộn cảm tăng thêm ΔIL = VL·D·T/L, với VL = Vin − Vo cho buck và Vin cho boost và buck-boost. Độ gợn đầu ra là ΔVo = ΔIL/(8fC) cho buck và Io·D/(fC) cho boost và buck-boost. Dòng cuộn cảm vừa chạm không (ranh giới CCM) khi dòng cuộn cảm trung bình bằng ΔIL/2.

Chu kỳ làm việc

D = 9/15 = 0,6

Dòng trung bình và dòng gợn

Io = 9/10 = 0,9 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 6·0,6/(100·10⁻⁶·100·10³) = 0,36 A

Dòng đỉnh

Imax = 0,9 + 0,36/2 = 1,08 A

Đáp số

Imax = 1,08 A
10.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: Lcrit = 0,5 µH

Bộ biến đổi DC-DC: một khóa S đóng trong phần D của mỗi chu kỳ T = 1/f. Ở trạng thái xác lập, điện áp trung bình trên cuộn cảm bằng không (cân bằng volt-giây), cho các tỷ số biến đổi lý tưởng ở chế độ dẫn liên tục: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost đảo |Vo| = Vin·D/(1 − D). Một bộ biến đổi lý tưởng giữ nguyên công suất: Vin·Iin = Vo·Io. Khi S đóng, dòng cuộn cảm tăng thêm ΔIL = VL·D·T/L, với VL = Vin − Vo cho buck và Vin cho boost và buck-boost. Độ gợn đầu ra là ΔVo = ΔIL/(8fC) cho buck và Io·D/(fC) cho boost và buck-boost. Dòng cuộn cảm vừa chạm không (ranh giới CCM) khi dòng cuộn cảm trung bình bằng ΔIL/2.

Chu kỳ làm việc

D = 108/(36 + 108) = 0,75

Điều kiện ranh giới

Đặt dòng cuộn cảm trung bình bằng một nửa dòng gợn và giải theo L.

Lcrit = (1 − D)²·R/(2f)

Điện cảm tới hạn

Lcrit = (1 − 0,75)²·4/(2250·10³) = 0,5 µH

Đáp số

Lcrit = 0,5 µH
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Vab = 73,17 mV

Cầu Wheatstone: hai bộ chia áp dùng chung một nguồn Vs. Bộ chia bên trái R1–R2 cho Va = Vs·R2/(R1 + R2) và bộ chia bên phải R3–R4 cho Vb = Vs·R4/(R3 + R4); đầu ra là Vab = Va − Vb. Cầu cân bằng (Vab = 0, không có dòng qua đồng hồ) khi R1/R2 = R3/R4, tức R1·R4 = R2·R3. Nhìn từ đầu ra, cầu là một nguồn Thévenin với Rth = R1∥R2 + R3∥R4.

Điện áp các nút

Va = 6·1050/2050 = 3,073 V
Vb = 3 V

Lượng ra

Vab = 73,17 mV

Đáp số

Vab = 73,17 mV

Ước lượng tuyến tính Vs·ΔR/(4R) = 75 mV cao hơn 2,5 %: cầu một phần tư không hoàn toàn tuyến tính.

12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: ε = 400 µε

Cảm biến biến dạng (strain gauge): một cảm biến thay đổi điện trở theo biến dạng: ΔR/R = GF·ε, trong đó hệ số cảm biến GF khoảng 2 với lá kim loại. Trong cầu có mọi nhánh bằng R, một cảm biến hoạt động (cầu một phần tư) cho Vo ≈ Vs·GF·ε/4. Hai cảm biến hoạt động có biến dạng ngược chiều ở các nhánh kề nhau (nửa cầu) cho Vs·GF·ε/2, và bốn cảm biến (cầu đầy đủ) cho Vs·GF·ε. Ứng suất suy ra từ định luật Hooke, σ = E·ε. Các cảm biến lực (load cell) nêu độ nhạy theo mV/V: đầu ra ở đầy tải trên mỗi vôn kích thích.

Thay đổi điện trở tương đối

ΔR/R = 0,28/350 = 0,0008

Biến dạng

ε = 0,0008/2 = 0,0004 = 400 µε

Đáp số

ε = 400 µε
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: N = 3

Bộ ghép kênh: một bộ ghép kênh 2ⁿ-sang-1 chuyển một trong các đầu vào dữ liệu của nó ra đầu ra; các đường chọn, đọc như một số nhị phân, quyết định đầu vào nào. Với MUX 4-sang-1 có các đường chọn S₁S₀ = AB, F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. Nối các đầu vào dữ liệu với 0, 1, C hoặc C′ làm MUX tạo ra bất kỳ hàm nào của A, B và C, đó là cách phổ biến để xây dựng logic bằng một chip.

Biểu thức đầu ra

F = A′B′C′ + AB′C + ABC

Các hàng có F = 1

ABC = 000, 101, 111
N = 3

Đáp số

N = 3
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: L = 6

Bìa Karnaugh: các ô được sắp xếp theo mã Gray (00, 01, 11, 10), nên các ô kề nhau, kể cả những ô qua mép, khác nhau đúng một biến. Hãy nhóm các số 1 thành hình chữ nhật gồm 1, 2, 4, 8 hoặc 16 ô, lớn nhất có thể và ít nhóm nhất có thể, cho đến khi mọi số 1 đều được phủ. Mỗi nhóm là một số hạng tích: các biến không đổi bên trong nó. Một nhóm 2ᵏ ô mất k biến. Các điều kiện tùy định (X) có thể dùng để làm nhóm lớn hơn nhưng không bắt buộc phải được phủ. Nhóm các số 0 thay vào đó sẽ cho dạng POS tối thiểu.

Các implicant nguyên tố

Các nhóm lớn nhất có thể tạo từ các số 1 và các X.

CD′, B′D′, B′C, A′C
ABCD0001111000011110100113120405X7X6012X130151141809111110

Phủ tối thiểu

F = CD′ + B′D′ + B′C
L = 6

Đáp số

L = 6

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1