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 = ?4 × 3,2 V15 mA

4 xanh dương LED (điện áp thuận 3,2 V mỗi cái) được mắc nối tiếp với một điện trở vào nguồn 24 V. Tìm điện trở R để đặt dòng điện là 15 mA.

Vs = 24 VVF = 3,2 Vn = 4I = 15 mA
R = Ω
2.Diode và transistorKhó
RC​ = 470 Ωβ = 150VCC​ = 24 V3,3 VRB​ = ?

Một transistor NPN có β = 150 đóng cắt một điện trở tải 470 Ω nối giữa VCC = 24 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. Lấy VBE = 0,7 V và VCE(sat) = 0,2 V. Để đóng cắt tin cậy, hãy thiết kế dòng điện cực nền gấp 2 lần mức tối thiểu cần cho bão hòa. Tìm RB theo kΩ.

VCC = 24 VRC = 470 Ωβ = 150Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 Vquá kích = 2
RB = kΩ
3.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​R2​ = 2 kΩV1​ = −1,4 VR1​ = 10 kΩV2​ = 2,3 VR3​ = 10 kΩR4​ = 2 kΩ

Mạch khuếch đại vi sai dùng op-amp lý tưởng với nguồn ±15 V, với R3 = R1 và R4 = R2. Tìm điện áp ngõ ra Vout.

V1 = −1,4 VV2 = 2,3 VR1 = R3 = 10 kΩR2 = R4 = 2 kΩ
Vout = V
4.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 1 VR1​ = 1 kΩV2​ = 0,9 VR2​ = 47 kΩ

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

V1 = 1 VV2 = 0,9 VR1 = 1 kΩR2 = 47 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
5.Quá độ RC và RLTrung bình
+−Vs​24 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 4,7 kΩC33 µF+−vC​

Nguồn Vₛ nạp tụ điện qua R₁, và R₂ được mắc song song với C. Tụ điện chưa tích điện khi khóa đóng tại t = 0. Tìm hằng số thời gian τ của mạch sau khi công tắc đóng.

Vs = 24 VR1 = 10 kΩR2 = 4,7 kΩC = 33 µF
τ = ms
6.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​9 Vt = 0R = 3,3 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

Ngay trước khi khóa đóng tại t = 0, tụ điện giữ 6 V với cực tính như hình. Mất bao lâu để vC đạt 8,4 V? Tìm t.

Vs = 9 VR = 3,3 kΩC = 47 µFvC(0) = 6 V
t = ms
7.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​15 ΩB

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

V1 = 24 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 Ω
Req = Ω
8.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 3 ΩIR1​R3​ = 20 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBR6​4 Ω

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

V1 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 ΩR5 = 20 ΩR6 = 4 Ω
IR1 = A
9.Bộ biến đổi DC-DCTrung bình
tiL​Imax​ = ?Imin​Io​DTT2T

Một bộ buck biến 12 V thành 7,2 V cho tải 12 Ω. Nó chuyển mạch ở 50 kHz với L = 220 µH. Tìm dòng đỉnh của cuộn cảm Imax.

Vin​ = 12 VVo​ = 7,2 Vf = 50 kHzL = 220 µHR = 12 Ω
Imax = A
10.Bộ biến đổi DC-DCKhó
tiL​Imax​Io​DTT2T

Một bộ buck biến 15 V thành 7,5 V ở 500 kHz với L = 100 µH. Tìm dòng tải nhỏ nhất Io,min để nó còn ở chế độ dẫn liên tục.

Vin​ = 15 VVo​ = 7,5 Vf = 500 kHzL = 100 µH
Io,min = A
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngTrung bình
+−6 V500 Ω500 Ω500 Ω500 Ωab+−

Một cảm biến biến dạng 500 Ω là một nhánh (R₂) của cầu có bốn nhánh bằng nhau 500 Ω và điện áp kích thích 6 V. Tìm công suất Pg tiêu tán trong cảm biến, theo mW. Sự tự nóng giới hạn điện áp kích thích.

Vs = 6 VR = 500 Ω
Pg = mW
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngKhó
+−2,5 V350 Ω − ΔR350 Ω + ΔR350 Ω + ΔR350 Ω − ΔRab+−Vo​ = ?

Một cầu có các nhánh 350 Ω được kích thích bằng 2,5 V và có bốn cảm biến hoạt động, hai chịu kéo và hai chịu nén (cầu đầy đủ). Hệ số cảm biến là 2,05 và biến dạng là 500 µε. Tìm đầu ra của cầu Vo theo mV.

Vs = 2,5 VGF = 2,05ε = 500 µε
Vo = mV
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
ABCD000111100001111010110312040507061120130151140819111010

Hãy dùng bìa Karnaugh để tìm dạng tổng các tích (SOP) tối thiểu của F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 9, 11, 12, 14). Tổng cộng nó chứa bao nhiêu literal L (một biến có dấu phẩy được tính là một literal)?

F(A, B, C, D) = Σm(0, 1, 2, 9, 11, 12, 14)
L =
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopKhó
ABCD0001111000011110X0X10302X4X51716112013X150140809111110

Với F(A, B, C, D) = Σm(6, 7, 10, 11, 12) + d(0, 1, 4, 5, 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(6, 7, 10, 11, 12) + d(0, 1, 4, 5, 15)
N =

3Dung dịch

1.Diode và transistor

Đáp số: R = 746,7 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 − 4·3,2 = 11,2 V

Điện trở

R = 11,2/0,015 = 746,7 Ω

Đáp số

R = 746,7 Ω

Điện trở tiêu tán 168 mW.

2.Diode và transistor

Đáp số: RB = 3,851 kΩ

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 thu khi bão hòa

IC(sat) = (24 − 0,2)/470 = 50,64 mA

Dòng điện cực nền tối thiểu

IB(min) = IC(sat)/β = 50,64/150 = 337,6 µA

Dòng điện cực nền thiết kế

IB = 2·337,6 µA = 675,2 µA

Điện trở nền

RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/0,6752 mA = 3,851 kΩ

Đáp số

RB = 3,851 kΩ
3.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = 0,74 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 các đầu vào

R₃ và R₄ mang cùng một dòng điện, nên chúng tạo thành bộ chia áp; hồi tiếp làm V₋ = V₊.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 2,3·2/(10 + 2) = 0,3833 V
V₋ = V₊

KCL tại đầu vào đảo

(−1,4 − 0,3833)/10 = (0,3833 − Vout)/2
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (2/10)·(2,3 − (−1,4)) = 0,74 V

Đáp số

Vout = 0,74 V
4.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = −4,79 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 = 1/1 = 1 mA
I2 = V2/R2 = 0,9/47 = 0,01915 mA
If = I1 + I2 = 1,019 mA

Điện áp ngõ ra

Vout = −Rf·If = −4,7·1,019 = −4,79 V

Đáp số

Vout = −4,79 V
5.Quá độ RC và RL

Đáp số: τ = 105,5 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.

Mạch tương đương Thévenin nhìn từ tụ điện

Ngắn mạch nguồn để tìm Rth; hở mạch tụ điện để tìm điện áp mà nó sẽ ổn định ở đó.

Rth = R1 ∥ R2 = 10·4,7/(10 + 4,7) = 3,197 kΩ
vC(∞) = 24·4,7/(10 + 4,7) = 7,673 V

Hằng số thời gian

τ = Rth·C = 3,197·33 = 105,5 ms

Đáp số

τ = 105,5 ms
6.Quá độ RC và RL

Đáp số: t = 249,6 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 47 µF = 155,1 ms
vC(t) = 9 + (6 − 9)·e−t/τ

Giải tìm thời gian

8,4 = 9 + (−3)·e−t/τ → e−t/τ = (8,4 − 9)/(6 − 9) = 0,2
t = τ·ln((6 − 9)/(8,4 − 9)) = 155,1·ln(5) = 249,6 ms

Đáp số

t = 249,6 ms
7.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: Req = 15,24 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​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​15 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 + 15 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 20·21/(20+21) = 10,24 Ω
Req = R1 + 10,24 = 5 + 10,24 = 15,24 Ω

Đáp số

Req = 15,24 Ω
8.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​ = 3 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBR6​4 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 = 20 + 4 = 24 Ω
R4 ∥ 24 = 1,846 Ω
R3 + 1,846 = 21,85 Ω
R2 ∥ 21,85 = 2,638 Ω
Req = R1 + 2,638 = 3 + 2,638 = 5,638 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 = 12/5,638 = 2,129 A

Đáp số

IR1 = 2,129 A
9.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: Imax = 0,7309 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 = 7,2/12 = 0,6

Dòng trung bình và dòng gợn

Io = 7,2/12 = 0,6 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 4,8·0,6/(220·10⁻⁶·50·10³) = 0,2618 A

Dòng đỉnh

Imax = 0,6 + 0,2618/2 = 0,7309 A

Đáp số

Imax = 0,7309 A
10.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: Io,min = 0,0375 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 = 7,5/15 = 0,5

Dòng gợn

ΔIL = 7,5·0,5/(100·10⁻⁶·500·10³) = 0,075 A

Dòng tải ở ranh giới

Io,min = ΔIL/2 = 0,0375 A

Đáp số

Io,min = 0,0375 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: Pg = 18 mW

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 trên cảm biến

V = 6/2 = 3 V

Công suất

Pg = 3²/500 = 18 mW

Đáp số

Pg = 18 mW
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Vo = 2,563 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 = 2,05·500·10⁻⁶ = 0,001025

Đầu ra của cầu

Vo = Vs·GF·ε = 2,5·0,001025 = 2,563 mV

Đáp số

Vo = 2,563 mV
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: L = 12

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.

ABCD000111100001111010110312040507061120130151140819111010

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
A′B′D′
AB′D
ABD′

Dạng SOP tối thiểu

F = B′C′D + A′B′D′ + AB′D + ABD′
L = 12

Đáp số

L = 12

Có một cách nhóm khác cùng kích thước; nó có cùng số số hạng và literal.

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.

BC′D′, BCD, ACD, A′B, AB′C
ABCD0001111000011110X0X10302X4X51716112013X150140809111110

Các implicant nguyên tố cốt yếu

BC′D′, A′B, AB′C
N = 3

Đáp số

N = 3

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1