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
+−9 VR = ?3 × 2 V10 mA

3 đỏ LED (điện áp thuận 2 V mỗi cái) được mắc nối tiếp với một điện trở vào nguồn 9 V. Tìm điện trở R để đặt dòng điện là 10 mA.

Vs = 9 VVF = 2 Vn = 3I = 10 mA
R = Ω
2.Diode và transistorKhó
+−≤ 13 V470 Ω3,3 V

Một bộ ổn áp Zener 3,3 V có điện trở nối tiếp 470 Ω. Đầu vào có thể tăng đến 13 V, và tải có thể bị ngắt. Tìm công suất lớn nhất PZ,max mà Zener phải tiêu tán.

Vin,max = 13 VVZ = 3,3 VR = 470 Ω
PZ,max = mW
3.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = −0,5 VRa​ = 22 kΩRb​ = 100 kΩ

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

Vin = −0,5 VRa = 22 kΩRb = 100 kΩR1 = 22 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
4.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = 1,3 VR1​ = 47 kΩV2​ = −0,3 VR2​ = 22 kΩIf​

Bộ khuếch đại cộng dùng op-amp lý tưởng với nguồn cấp ±15 V. Tìm dòng điện If qua điện trở hồi tiếp, chạy về phía ngõ ra.

V1 = 1,3 VV2 = −0,3 VR1 = 47 kΩR2 = 22 kΩRf = 22 kΩ
If = mA
5.Quá độ RC và RLTrung bình
+−Vs​12 Vt = 0R = 100 ΩL100 mHi(t)

Cuộn cảm không có dòng điện trước khi khóa đóng tại t = 0. Tìm điện áp vL trên cuộn cảm tại t = 1 ms.

Vs = 12 VR = 100 ΩL = 100 mHt = 1 ms
vL = V
6.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C100 µF+−vC​

Một mạch định thời bắt đầu nạp một tụ điện chưa tích điện qua một điện trở từ nguồn 12 V tại t = 0. Nó phải kích hoạt khi điện áp tụ điện đạt 9 V, đúng 100 ms sau khi bắt đầu. Với C = 100 µF, tìm điện trở R cần thiết.

Vs = 12 VVth = 9 VT = 100 msC = 100 µF
R = kΩ
7.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩIR2​AR4​2 ΩB

Tìm dòng điện IR2 qua R2.

V1 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
IR2 = A
8.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 25 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​3 ΩBR6​20 Ω

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

V1 = 30 VR1 = 25 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 ΩR5 = 30 ΩR6 = 20 Ω
Req = Ω
9.Bộ biến đổi DC-DCTrung bình
tiL​Imax​ = ?Imin​Io​DTT2T

Một bộ buck biến 48 V thành 19,2 V cho tải 5 Ω. Nó chuyển mạch ở 25 kHz với L = 330 µH. Tìm dòng đỉnh của cuộn cảm Imax.

Vin​ = 48 VVo​ = 19,2 Vf = 25 kHzL = 330 µHR = 5 Ω
Imax = A
10.Bộ biến đổi DC-DCKhó
+−15 VSLC = 220 µFR = 4 Ω−+−35 V

Một bộ biến đổi buck-boost lý tưởng biến 15 V thành −35 V cho tải 4 Ω ở 500 kHz. Tụ đầu ra là 220 µF. Tìm độ gợn điện áp ra đỉnh–đỉnh ΔVo theo mV.

Vin​ = 15 VVo​ = −35 Vf = 500 kHzC = 220 µFR = 4 Ω
ΔVo = mV
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngTrung bình
+−3 VR1​ = 60 ΩR2​ = 1000 ΩR3​ = 80 ΩR4​ = 150 Ωab+−Rth​ = ?

Tìm điện trở Thévenin Rth của cầu hiển thị, nhìn từ các đầu ra a và b.

Vs = 3 VR1 = 60 ΩR2 = 1000 ΩR3 = 80 ΩR4 = 150 Ω
Rth = Ω
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngKhó
+−3 V1000 Ω1000 Ω + ΔR1000 Ω1000 Ωab+−Vo​ = ?

Một cầu có các nhánh 1000 Ω được kích thích bằng 3 V và có một cảm biến hoạt động (cầu một phần tư). Hệ số cảm biến là 2,1 và biến dạng là 800 µε. Tìm đầu ra của cầu Vo theo mV.

Vs = 3 VGF = 2,1ε = 800 µε
Vo = mV
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
ABCD000111100001111010011302040507161121130150141809011010

Hãy dùng bìa Karnaugh để tìm dạng tổng các tích (SOP) tối thiểu của F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 6, 8, 12, 13). Nó có bao nhiêu số hạng tích N?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 6, 8, 12, 13)
N =
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopKhó
ABCD0001111000011110100113X204051706112113X151140819011110

Với F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 7, 9, 10, 12, 13, 14) + d(2, 15), trong đó d đánh dấu các điều kiện tùy định, hãy tìm số N các implicant nguyên tố cốt yếu.

F(A, B, C, D) = Σm(0, 3, 7, 9, 10, 12, 13, 14) + d(2, 15)
N =

3Dung dịch

1.Diode và transistor

Đáp số: R = 300 Ω

Mạch LED và diode: một LED phân cực thuận sụt xấp xỉ điện áp thuận VF của nó (khoảng 2 V với đỏ, 3 V với xanh dương hoặc trắng), bất kể dòng điện. Một điện trở nối tiếp đặt dòng điện: R = (Vs − n·VF)/I cho n LED nối tiếp. Với mô hình diode chính xác hơn V = V₀ + I·rd, điểm làm việc là nơi đường diode gặp đường tải I = (Vs − V)/R, nên I = (Vs − V₀)/(R + rd).

Điện áp trên điện trở

VR = 9 − 3·2 = 3 V

Điện trở

R = 3/0,01 = 300 Ω

Đáp số

R = 300 Ω

Điện trở tiêu tán 30 mW.

2.Diode và transistor

Đáp số: PZ,max = 68,11 mW

Bộ ổn áp Zener: một diode Zener phân cực ngược giữ điện áp VZ của nó trong khi dòng điện còn trên mức tối thiểu IZ,min. Điện trở nối tiếp R nhận phần chênh lệch giữa đầu vào và đầu ra: IR = (Vin − VZ)/R. Dòng điện đó chia giữa tải, IL = VZ/RL, và Zener: IZ = IR − IL. Thiết kế cho các trường hợp xấu nhất: đầu vào thấp nhất với tải lớn nhất vẫn phải còn lại IZ,min, và đầu vào cao nhất khi không tải cho công suất Zener lớn nhất PZ = VZ·IZ.

Dòng điện Zener trường hợp xấu nhất

IZ = 9,7/470 = 20,64 mA

Công suất Zener

PZ = 3,3·20,64 = 68,11 mW

Đáp số

PZ,max = 68,11 mW
3.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = −2,273 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) = −0,5·100/(22 + 100) = −0,4098 V

Độ khuếch đại không đảo

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

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = −0,4098·(1 + 100/22) = −2,273 V

Đáp số

Vout = −2,273 V
4.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: If = 0,01402 mA

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.

Dòng điện ngõ vào

V₋ = 0, nên mỗi điện trở ngõ vào chịu toàn bộ điện áp ngõ vào của nó.

I1 = V1/R1 = 1,3/47 = 0,02766 mA
I2 = V2/R2 = −0,3/22 = −0,01364 mA
If = I1 + I2 = 0,01402 mA

Đáp số

If = 0,01402 mA
5.Quá độ RC và RL

Đáp số: vL = 4,415 V

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 = 100 mH / 100 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 12/100 = 0,12 A

Điện áp cuộn cảm

Tại t = 0, toàn bộ điện áp nguồn xuất hiện trên cuộn cảm; sau đó nó giảm dần về không.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 12·e−1/1 = 4,415 V

Đáp số

vL = 4,415 V
6.Quá độ RC và RL

Đáp số: R = 0,7213 kΩ

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

9 = 12·(1 − e−100/τ) → τ = 100/ln(12/(12 − 9))
τ = 100/1,386 = 72,13 ms

Điện trở

kΩ nhân µF cho ra mili giây.

R = τ/C = 72,13/100 = 0,7213 kΩ

Đáp số

R = 0,7213 kΩ
7.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR2 = 0,8571 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​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​8 ΩAR4​2 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 = 6 + 2 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 8·8/(8+8) = 4 Ω
Req = R1 + 4 = 3 + 4 = 7 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 = 12/7 = 1,714 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 = 12 − 1,714·3 = 6,857 V
IR2 = VA/R2 = 6,857/8 = 0,8571 A

Đáp số

IR2 = 0,8571 A
8.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: Req = 29,6 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​ = 25 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​3 ΩBR6​20 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 + 20 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 2,83 Ω
R3 + 2,83 = 10,83 Ω
R2 ∥ 10,83 = 4,601 Ω
Req = R1 + 4,601 = 25 + 4,601 = 29,6 Ω

Đáp số

Req = 29,6 Ω
9.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: Imax = 4,538 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 = 19,2/48 = 0,4

Dòng trung bình và dòng gợn

Io = 19,2/5 = 3,84 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 28,8·0,4/(330·10⁻⁶·25·10³) = 1,396 A

Dòng đỉnh

Imax = 3,84 + 1,396/2 = 4,538 A

Đáp số

Imax = 4,538 A
10.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: ΔVo = 55,68 mV

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 = 35/(15 + 35) = 0,7

Dòng điện qua tải

Io = 35/4 = 8,75 A

Độ gợn đầu ra

ΔVo = 8,75·0,7/(500·10³·220·10⁻⁶) = 55,68 mV

Đáp số

ΔVo = 55,68 mV
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Rth = 108,8 Ω

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.

Nguồn bị nối tắt

R₁∥R₂ = 60·1000/1060 = 56,6 Ω
R₃∥R₄ = 80·150/230 = 52,17 Ω

Điện trở Thévenin

Rth = 108,8 Ω

Đáp số

Rth = 108,8 Ω
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Vo = 1,26 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.

Thay đổi điện trở tương đối

ΔR/R = 2,1·800·10⁻⁶ = 0,00168

Đầu ra của cầu

Vo ≈ Vs·GF·ε/4 = 3·0,00168/4 = 1,26 mV

Đáp số

Vo = 1,26 mV
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: N = 4

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.

ABCD000111100001111010011302040507161121130150141809011010

Nhóm các số 1

Mỗi nhóm là một hình chữ nhật gồm 2ᵏ ô; các ô ở mép kề với các ô ở mép đối diện.

B′C′D′
ABC′
A′B′CD
A′BCD′

Dạng SOP tối thiểu

F = B′C′D′ + ABC′ + A′B′CD + A′BCD′
N = 4

Đáp số

N = 4
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: N = 3

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.

B′CD′, BCD, A′CD, AC′D, ACD′, AB, A′B′D′, A′B′C
ABCD0001111000011110100113X204051706112113X151140819011110

Các implicant nguyên tố cốt yếu

AC′D, AB, A′B′D′
N = 3

Đáp số

N = 3

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1