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​ = 1,5 kΩβ = 150IC​ = ?RE​ = 1,2 kΩVCC​ = 20 VR1​ = 82 kΩR2​ = 8,2 kΩ

Một transistor NPN có β = 150 được phân cực bằng cầu chia áp từ VCC = 20 V: R₁ = 82 kΩ từ VCC đến cực nền và R₂ = 8,2 kΩ từ cực nền xuống đất. Điện trở cực thu là RC = 1,5 kΩ và điện trở cực phát là RE = 1,2 kΩ. Lấy VBE = 0,7 V và dùng mạch tương đương Thévenin của cầu chia áp (không bỏ qua dòng điện cực nền). Tìm dòng điện cực thu IC theo mA.

VCC = 20 VR1 = 82 kΩR2 = 8,2 kΩRC = 1,5 kΩRE = 1,2 kΩβ = 150
IC = mA
2.Diode và transistorKhó
RC​ = 680 Ωβ = 150IC​ = ?VCC​ = 12 V3,3 VRB​ = 33 kΩ

Một transistor NPN có β = 150 đóng cắt một điện trở tải 680 Ω nối giữa VCC = 12 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 = 33 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 = 12 VRC = 680 Ωβ = 150Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 VRB = 33 kΩ
IC = mA
3.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩR1​ = 2 kΩVin​ = −1,2 V

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

Vin = −1,2 VR1 = 2 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
4.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​R2​ = 2 kΩV1​ = −0,8 VR1​ = 1 kΩV2​ = −0,8 VR3​ = 22 kΩR4​ = 22 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 = −0,8 VV2 = −0,8 VR1 = 1 kΩR2 = 2 kΩR3 = 22 kΩR4 = 22 kΩ
Vout = V
5.Quá độ RC và RLTrung bình
+−Vs​6 Vt = 0R = 22 ΩL220 mHi(t)

Cuộn cảm không có dòng điện trước khi khóa đóng tại t = 0. Sau khi khóa đóng bao lâu thì dòng điện đạt 99% giá trị cuối? Tìm t.

Vs = 6 VR = 22 ΩL = 220 mH
t = ms
6.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​5 Vt = 0R = 10 kΩC?+−vC​

Một mạch định thời bắt đầu nạp một tụ điện chưa tích điện qua một điện trở từ nguồn 5 V tại t = 0. Nó phải kích hoạt khi điện áp tụ điện đạt 4,5 V, đúng 250 ms sau khi bắt đầu. Với R = 10 kΩ, tìm điện dung C cần thiết.

Vs = 5 VVth = 4,5 VT = 250 msR = 10 kΩ
C = µF
7.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩIR2​AR4​10 ΩB

Tìm dòng điện IR2 qua R2.

V1 = 24 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
8.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​5 VR2​12 ΩIR2​AR4​5 ΩBR6​10 Ω

Tìm dòng điện IR2 qua R2.

V1 = 5 VR1 = 25 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 5 ΩR5 = 30 ΩR6 = 10 Ω
IR2 = A
9.Bộ biến đổi DC-DCTrung bình
+−36 VSL = ?CR+−25,2 V

Một bộ buck lý tưởng biến 36 V thành 25,2 V ở tần số chuyển mạch 200 kHz. Tìm điện cảm L giữ dòng gợn đỉnh–đỉnh của cuộn cảm ở 0,5 A.

Vin​ = 36 VVo​ = 25,2 Vf = 200 kHzΔIL = 0,5 A
L = µH
10.Bộ biến đổi DC-DCKhó
tiL​Imax​Io​DTT2T

Một bộ buck biến 36 V thành 10,8 V ở 50 kHz với L = 150 µH. Tìm dòng tải nhỏ nhất Io,min để nó còn ở chế độ dẫn liên tục.

Vin​ = 36 VVo​ = 10,8 Vf = 50 kHzL = 150 µH
Io,min = A
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngTrung bình
+−9 V470 Ω470 Ω + ΔR470 Ω470 Ωab+−Vab​ = ?

Một cầu có bốn nhánh 470 Ω và Vs = 9 V. Cảm biến R₂ tăng thêm ΔR = 70,5 Ω. Tìm đầu ra chính xác Vab theo mV.

Vs = 9 VR = 470 ΩΔR = 70,5 Ω
Vab = mV
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngKhó
+−12 V350 Ω − ΔR350 Ω + ΔR350 Ω + ΔR350 Ω − ΔRab+−Vo​ = ?

Một load cell (một cầu đầy đủ gồm các cảm biến biến dạng) có đầu ra định mức 1 mV/V tại tải định mức 1000 kg. Nó được kích thích bằng 12 V. Tìm đầu ra Vo của nó dưới tải 200 kg.

1 mV/VFrated = 1000 kgVs = 12 VF = 200 kg
Vo = mV
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
ABCD0001111000011110111111

Trong bìa Karnaugh này, đúng một số 1 không có số 1 kề, nên nó vẫn là một nhóm một ô (một minterm đầy đủ bốn literal) trong dạng SOP tối thiểu. Các ô kề qua mép bìa cũng được tính. Hãy nhấp vào ô đó.

F = Σm(2, 3, 5, 8, 10, 11)
  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.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopKhó
DQ3​Q3​DQ2​Q2​DQ1​Q1​DQ0​Q0​CLKJOHNSON

Một bộ đếm Johnson 4 bit Q₃Q₂Q₁Q₀ bắt đầu ở 0000. Ở mỗi sườn xung nhịp các bit dịch sang phải một vị trí (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀) và Q₃ nhận giá trị đảo của Q₀. Hãy cho trạng thái Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ dưới dạng số thập phân sau 11 sườn xung nhịp.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 000011
Q =

3Dung dịch

1.Diode và transistor

Đáp số: IC = 0,8891 mA

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

Dòng điện cực nền

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

IB = (1,818 − 0,7)/(7,455 + 151·1,2) = 5,927 µA

Dòng điện cực thu

IC = 150·5,927 µA = 0,8891 mA
IE = 151·5,927 µA = 0,895 mA

Đáp số

IC = 0,8891 mA
2.Diode và transistor

Đáp số: IC = 11,82 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)/33 kΩ = 78,79 µA

Bão hòa hay tích cực?

β·IB nhỏ hơn IC(sat), nên transistor ở vùng tích cực.

β·IB = 11,82 mA
IC(sat) = (12 − 0,2)/680 = 17,35 mA

Dòng điện cực thu

IC = β·IB = 11,82 mA

Đáp số

IC = 11,82 mA

Transistor ở vùng tích cực, nên tải chưa được bật hoàn toàn.

3.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = −4,02 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.

Ngõ vào đảo bám theo ngõ vào

V₋ = V₊ = −1,2 V
I = V₋/R1 = −1,2/2 = −0,6 mA

Điện áp ngõ ra

Dòng điện qua R₁ cũng chạy qua Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −1,2 + (−0,6)·4,7 = −4,02 V

Đáp số

Vout = −4,02 V
4.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = 0,4 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) = −0,8·22/(22 + 22) = −0,4 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 = −(2/1)·(−0,8) + (1 + 2/1)·(−0,4) = 1,6 + (−1,2) = 0,4 V

Đáp số

Vout = 0,4 V
5.Quá độ RC và RL

Đáp số: t = 46,05 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.

Hằng số thời gian và dòng điện cuối

Rất lâu sau khi khóa đóng, cuộn cảm hoạt động như ngắn mạch, nên dòng điện cuối chỉ do R quyết định.

τ = L/R = 220 mH / 22 Ω = 10 ms
i(∞) = Vs/R = 6/22 = 0,2727 A

Giải tìm thời gian

0,99 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,99)
t = −10·ln(0,01) = 46,05 ms

Đáp số

t = 46,05 ms
6.Quá độ RC và RL

Đáp số: C = 10,86 µF

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 cần thiết

4,5 = 5·(1 − e−250/τ) → τ = 250/ln(5/(5 − 4,5))
τ = 250/2,303 = 108,6 ms

Điện dung

kΩ nhân µF cho ra mili giây.

C = τ/R = 108,6/10 = 10,86 µF

Đáp số

C = 10,86 µF
7.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR2 = 0,6857 A

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​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​10 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 = 5 + 10 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
Req = R1 + 7,5 = 10 + 7,5 = 17,5 Ω

Dòng điện từ nguồn

Nguồn chỉ thấy Req, nên định luật Ohm cho ra dòng điện nó cung cấp. Dòng điện đó chạy qua R₁.

IR1 = V1/Req = 24/17,5 = 1,371 A

Dòng điện qua R₂

Trừ độ sụt áp trên R₁ để có điện áp tại nút A, cũng là điện áp trên R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 1,371·10 = 10,29 V
IR2 = VA/R2 = 10,29/15 = 0,6857 A

Đáp số

IR2 = 0,6857 A
8.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR2 = 0,08182 A

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​ = 25 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​5 VR2​12 ΩAR4​5 ΩBR6​10 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 = 30 + 10 = 40 Ω
R4 ∥ 40 = 4,444 Ω
R3 + 4,444 = 12,44 Ω
R2 ∥ 12,44 = 6,109 Ω
Req = R1 + 6,109 = 25 + 6,109 = 31,11 Ω

Dòng điện từ nguồn

Nguồn chỉ thấy Req, nên định luật Ohm cho ra dòng điện nó cung cấp. Dòng điện đó chạy qua R₁.

IR1 = V1/Req = 5/31,11 = 0,1607 A

Dòng điện qua R₂

Trừ độ sụt áp trên R₁ để có điện áp tại nút A, cũng là điện áp trên R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 5 − 0,1607·25 = 0,9819 V
IR2 = VA/R2 = 0,9819/12 = 0,08182 A

Đáp số

IR2 = 0,08182 A
9.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: L = 75,6 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 = 25,2/36 = 0,7

Độ tự cảm

L = 10,8·0,7/(0,5·200·10³) = 75,6 µH

Đáp số

L = 75,6 µH
10.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: Io,min = 0,504 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 = 10,8/36 = 0,3

Dòng gợn

ΔIL = 10,8·0,7/(150·10⁻⁶·50·10³) = 1,008 A

Dòng tải ở ranh giới

Io,min = ΔIL/2 = 0,504 A

Đáp số

Io,min = 0,504 A

Dưới dòng điện này, bộ biến đổi chuyển sang chế độ dẫn gián đoạn và Vo tăng lên trên D·Vin.

11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Vab = 314 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 = 9·540,5/1011 = 4,814 V
Vb = 4,5 V

Lượng ra

Vab = 314 mV

Đáp số

Vab = 314 mV

Ước lượng tuyến tính Vs·ΔR/(4R) = 337,5 mV cao hơn 7,5 %: cầu một phần tư không hoàn toàn tuyến tính.

12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Vo = 2,4 mV

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.

Đầu ra toàn thang đo

1·12 = 12 mV

Đầu ra ở tải này

Vo = 12·200/1000 = 2,4 mV

Đáp số

Vo = 2,4 mV
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: AB = 01, CD = 01

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 ô kề của mỗi số 1

Một số 1 có số 1 kề có thể thuộc một nhóm hai ô hoặc lớn hơn.

m5: m4, m7, m1, m13 → 0
ABCD0001111000011110111111

Số 1 cô lập

m5 = A′BC′D → AB = 01, CD = 01

Đáp số

AB = 01, CD = 01
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: Q = 14

Flip-flop và bộ đếm: một flip-flop chỉ thay đổi ở sườn tích cực của xung nhịp. D sao chép đầu vào của nó (Q⁺ = D); T đảo khi T = 1; JK giữ nguyên với 00, đặt về 0 với 01, đặt lên 1 với 10 và đảo với 11. Một bộ đếm nhị phân n bit có 2ⁿ trạng thái và đếm theo modulo 2ⁿ; một bộ đếm mod-N đếm 0, 1, …, N − 1 rồi về lại 0, và cần số flip-flop n nhỏ nhất thỏa 2ⁿ ≥ N. Mỗi tầng của bộ đếm gợn sóng chia đôi tần số, nên đầu ra cuối của bộ đếm mod-N chạy ở fclk/N. Một bộ đếm Johnson gồm n flip-flop có 2n trạng thái, bộ đếm vòng có n.

Trạng thái sau mỗi sườn

0000 → 1000 → 1100 → 1110 → 1111 → 0111 → 0011 → 0001 → 0000 → 1000 → 1100 → 1110

Giá trị thập phân

1110₂ = 14

Đáp số

Q = 14

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1