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
+−24 VR = ?3 × 2,2 V20 mA

3 xanh lá LED (điện áp thuận 2,2 V mỗi cái) được mắc nối tiếp với một điện trở vào nguồn 24 V. Tìm điện trở R để đặt dòng điện là 20 mA.

Vs = 24 VVF = 2,2 Vn = 3I = 20 mA
R = Ω
2.Diode và transistorKhó
V (V)I (mA)0,65927,27Q = ?

Một diode được mô hình hóa bằng 0,65 V nối tiếp với 25 Ω (nó dẫn khi trên 0,65 V). Nó mắc nối tiếp với một điện trở 330 Ω qua nguồn 9 V. Tìm dòng điện làm việc ID tại nơi đường diode gặp đường tải.

Vs = 9 VR = 330 ΩV0 = 0,65 Vrd = 25 Ω
ID = mA
3.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 2 kΩVin​

Op-amp là lý tưởng và chạy từ nguồn ±15 V; đầu ra của nó bão hòa ở ±12 V. Mạch khuếch đại không đảo được kích bằng sóng sin. Tìm biên độ đầu vào lớn nhất Vin,max (giá trị đỉnh) để đầu ra không bị cắt.

R1 = 2 kΩRf = 22 kΩVsat = ±12 V
Vin,max = V
4.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = 1,4 VR1​ = 100 kΩV2​ = 1,9 VR2​ = 4,7 kΩ

Bộ khuếch đại cộng dùng op-amp lý tưởng với nguồn cấp ±15 V. Tìm điện áp ngõ ra Vout.

V1 = 1,4 VV2 = 1,9 VR1 = 100 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
5.Quá độ RC và RLTrung bình
R = 20 Ωt = 0L33 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. Mất bao lâu để dòng điện giảm xuống 0,3 A? Tìm t.

i(0) = 1,5 AR = 20 ΩL = 33 mH
t = ms
6.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​6 Vmở tại t = 0R1​ = 1 kΩR2​ = 2,2 kΩC47 µF+−vC​

Công tắc đã đóng trong một thời gian dài, nên mạch ở trạng thái xác lập. Tại t = 0 công tắc mở. Tìm điện áp tụ điện vC tại t = 80 ms.

Vs = 6 VR1 = 1 kΩR2 = 2,2 kΩC = 47 µFt = 80 ms
vC = V
7.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 4 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​6 ΩB

Tìm dòng điện IR1 do nguồn cung cấp, chạy qua R1.

V1 = 12 VR1 = 4 ΩR2 = 2 ΩR3 = 3 ΩR4 = 6 Ω
IR1 = A
8.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 4 ΩIR1​R3​ = 6 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​5 VR2​8 ΩAR4​2 ΩBR6​5 Ω

Tìm dòng điện IR1 do nguồn cung cấp, chạy qua R1.

V1 = 5 VR1 = 4 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 ΩR5 = 12 ΩR6 = 5 Ω
IR1 = A
9.Bộ biến đổi DC-DCTrung bình
+−12 VLSCR = 5 Ω+−48 V

Một bộ boost lý tưởng biến 12 V thành 48 V cho tải 5 Ω. Tìm dòng cuộn cảm trung bình IL.

Vin​ = 12 VVo​ = 48 VR = 5 Ω
IL = A
10.Bộ biến đổi DC-DCKhó
tvo​Vo​ΔV = ?DTT2T

Một bộ buck biến 15 V thành 7,5 V cho tải 5 Ω ở 100 kHz, với L = 220 µH và C = 47 µF. Tìm độ gợn điện áp ra đỉnh–đỉnh ΔVo theo mV.

Vin​ = 15 VVo​ = 7,5 Vf = 100 kHzL = 220 µHC = 47 µF
ΔVo = mV
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngTrung bình
+−2 VR1​ = 20 ΩR2​ = 50 ΩR3​ = 50 ΩR4​ = 60 Ωab+−Rth​ = ?

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

Vs = 2 VR1 = 20 ΩR2 = 50 ΩR3 = 50 ΩR4 = 60 Ω
Rth = Ω
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngKhó
+−V120 Ω120 Ω + ΔR120 Ω120 Ωab+−

Một cảm biến biến dạng 120 Ω với hệ số cảm biến 2,05 được dán vào một thanh thép. Dưới tải, điện trở của nó tăng thêm 0,0615 Ω. Tìm biến dạng ε theo microstrain (µε).

R = 120 ΩGF = 2,05ΔR = 0,0615 Ω
ε = µε
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
ABC00011110010011130204051716

Hãy dùng bìa Karnaugh để tìm dạng tích các tổng (POS) tối thiểu của F(A, B, C) = Σm(1, 3, 6, 7). Nó có bao nhiêu số hạng tổng (thừa số) N?

F(A, B, C) = Σm(1, 3, 6, 7)
N =
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopKhó
DQ3​Q3​DQ2​Q2​DQ1​Q1​DQ0​Q0​CLKDỊCH

Một thanh ghi dịch 4 bit Q₃Q₂Q₁Q₀ đang giữ 0001. Ở mỗi sườn xung nhịp các bit dịch sang phải một vị trí (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀, Q₀ bị mất) và đầu vào nối tiếp đi vào Q₃. Đầu vào nối tiếp là 1, 1, 0, 0, 0 ở các sườn 5. Hãy cho trạng thái cuối Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ dưới dạng số thập phân.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00011, 1, 0, 0, 0
Q =

3Dung dịch

1.Diode và transistor

Đáp số: R = 870 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 = 24 − 3·2,2 = 17,4 V

Điện trở

R = 17,4/0,02 = 870 Ω

Đáp số

R = 870 Ω

Điện trở tiêu tán 348 mW.

2.Diode và transistor

Đáp số: ID = 23,52 mA

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).

Kết hợp hai phương trình

9 = 0,65 + I·(330 + 25)

Dòng điện làm việc

ID = 8,35/355 = 23,52 mA
VD = 0,65 + 0,02352·25 = 1,238 V

Đáp số

ID = 23,52 mA
3.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vin,max = 1 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.

Độ khuếch đại

Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 22/2 = 12

Đầu vào lớn nhất trước khi bị cắt

Vin,max = Vsat/|Av| = 12/12 = 1 V

Đáp số

Vin,max = 1 V
4.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = −0,8365 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.

Dòng điện ngõ vào

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

I1 = V1/R1 = 1,4/100 = 0,014 mA
I2 = V2/R2 = 1,9/4,7 = 0,4043 mA
If = I1 + I2 = 0,4183 mA

Điện áp ngõ ra

Vout = −Rf·If = −2·0,4183 = −0,8365 V

Đáp số

Vout = −0,8365 V
5.Quá độ RC và RL

Đáp số: t = 2,656 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

τ = L/R = 33 mH / 20 Ω = 1,65 ms

Giải tìm thời gian

0,3 = 1,5·e−t/τ → t = τ·ln(1,5/0,3)
t = 1,65·ln(5) = 2,656 ms

Đáp số

t = 2,656 ms
6.Quá độ RC và RL

Đáp số: vC = 1,903 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.

Điện áp ban đầu của tụ điện

Ở trạng thái xác lập, tụ điện là mạch hở, nên R₁ và R₂ tạo thành bộ chia áp. Điện áp tụ điện không thể nhảy khi công tắc mở.

vC(0) = 6·2,2/(1 + 2,2) = 4,125 V

Hằng số thời gian sau khi công tắc mở

τ = R2·C = 2,2·47 = 103,4 ms

Sự phóng điện

vC(t) = 4,125·e−80/103,4 = 1,903 V

Đáp số

vC = 1,903 V
7.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR1 = 2,129 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​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​6 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 + 6 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 2·9/(2+9) = 1,636 Ω
Req = R1 + 1,636 = 4 + 1,636 = 5,636 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 = 12/5,636 = 2,129 A

Đáp số

IR1 = 2,129 A
8.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR1 = 0,6292 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​ = 4 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​5 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 = 12 + 5 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 1,789 Ω
R3 + 1,789 = 7,789 Ω
R2 ∥ 7,789 = 3,947 Ω
Req = R1 + 3,947 = 4 + 3,947 = 7,947 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 = 5/7,947 = 0,6292 A

Đáp số

IR1 = 0,6292 A
9.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: IL = 38,4 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 = 1 − 12/48 = 0,75

Dòng điện qua tải

Io = 48/5 = 9,6 A

Dòng cuộn cảm

IL = Io/(1 − D) = 9,6/0,25 = 38,4 A

Đáp số

IL = 38,4 A
10.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: ΔVo = 4,533 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 = 7,5/15 = 0,5

Dòng gợn cuộn cảm

ΔIL = (15 − 7,5)·0,5/(220·10⁻⁶·100·10³) = 0,1705 A

Độ gợn đầu ra

ΔVo = 0,1705/(8·100·10³·47·10⁻⁶) = 4,533 mV

Đáp số

ΔVo = 4,533 mV
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Rth = 41,56 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 = 20·50/70 = 14,29 Ω
R₃∥R₄ = 50·60/110 = 27,27 Ω

Điện trở Thévenin

Rth = 41,56 Ω

Đáp số

Rth = 41,56 Ω
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: ε = 250 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 = 0,0615/120 = 0,0005125

Biến dạng

ε = 0,0005125/2,05 = 0,00025 = 250 µε

Đáp số

ε = 250 µε
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: N = 2

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.

ABC00011110010011130204051716

Nhóm các số 0

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

(A + C)
(A′ + B)

Dạng POS tối thiểu

F = (A + C)(A′ + B)
N = 2

Đáp số

N = 2
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: Q = 1

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

0001 → 1000 → 1100 → 0110 → 0011 → 0001

Giá trị thập phân

0001₂ = 1

Đáp số

Q = 1

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1