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
+−12 VR = ?2 × 3,2 V5 mA

2 xanh dương LED (điện áp thuận 3,2 V mỗi cái) được mắc nối tiếp với một điện trở vào nguồn 12 V. Tìm điện trở R để đặt dòng điện là 5 mA.

Vs = 12 VVF = 3,2 Vn = 2I = 5 mA
R = Ω
2.Diode và transistorKhó
RC​ = 100 Ωβ = 50VCC​ = 12 V3,3 VRB​ = ?

Một transistor NPN có β = 50 đóng cắt một điện trở tải 100 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. Lấy VBE = 0,7 V và VCE(sat) = 0,2 V. Tìm điện trở nền lớn nhất RB, theo kΩ, vẫn vừa đủ đưa transistor vào bão hòa.

VCC = 12 VRC = 100 Ωβ = 50Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
3.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 2 kΩVin​

Chọn điện trở hồi tiếp Rf để bộ khuếch đại không đảo này có độ lợi điện áp bằng 25.

R1 = 2 kΩAv = 25
Rf = kΩ
4.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​Rf​ = 47 kΩV1​ = −0,5 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 1,4 VR2​ = 100 kΩ

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

V1 = −0,5 VV2 = 1,4 VR1 = 4,7 kΩR2 = 100 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
5.Quá độ RC và RLTrung bình
+−Vs​24 Vt = 0R = 50 ΩL33 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 75% giá trị cuối? Tìm t.

Vs = 24 VR = 50 ΩL = 33 mH
t = ms
6.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​30 Vmở tại t = 0R1​ = 6,8 kΩR2​ = 4,7 kΩC220 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 = 1000 ms.

Vs = 30 VR1 = 6,8 kΩR2 = 4,7 kΩC = 220 µFt = 1000 ms
vC = V
7.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​12 ΩB

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

V1 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
IR1 = A
8.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 2 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​2 Ω

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

V1 = 9 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 30 ΩR5 = 8 ΩR6 = 2 Ω
IR1 = A
9.Bộ biến đổi DC-DCTrung bình
+−48 VLSCR = 8 Ω+−192 V

Một bộ boost lý tưởng biến 48 V thành 192 V cho tải 8 Ω. Tìm dòng cuộn cảm trung bình IL.

Vin​ = 48 VVo​ = 192 VR = 8 Ω
IL = A
10.Bộ biến đổi DC-DCKhó
+−24 VLSC = 100 µFR = 20 Ω+−32 V

Một bộ biến đổi boost lý tưởng biến 24 V thành 32 V cho tải 20 Ω ở 50 kHz. Tụ đầu ra là 100 µF. Tìm độ gợn điện áp ra đỉnh–đỉnh ΔVo theo mV.

Vin​ = 24 VVo​ = 32 Vf = 50 kHzC = 100 µFR = 20 Ω
ΔVo = mV
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 = 117,5 Ω. Tìm đầu ra chính xác Vab theo mV.

Vs = 9 VR = 470 ΩΔR = 117,5 Ω
Vab = mV
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngKhó
+−3 V120 Ω120 Ω + ΔR120 Ω120 Ωab+−1,153 mV

Một cảm biến biến dạng (GF = 2,05) trên một chi tiết có E = 200 GPa tạo thành cầu một phần tư được kích thích bằng 3 V. Đầu ra chỉ 1,153 mV. Tìm ứng suất dọc trục σ theo MPa.

Vs = 3 VGF = 2,05Vo = 1,153 mVE = 200 GPa
σ = MPa
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
ABC000111100101324576

Hãy rút gọn F = A′B′C + A′B′C′ + BC′ + ABC′ về dạng tổng các tích tối thiểu. Biểu thức rút gọn chứa bao nhiêu literal L?

F = A′B′C + A′B′C′ + BC′ + ABC′
L =
14.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopKhó
ABCD0001111000011110X0X10312141517061120131150141809111110

Hãy tìm dạng SOP tối thiểu của F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 15) + d(0, 1), trong đó d đánh dấu các điều kiện tùy định. Nó có bao nhiêu số hạng tích N?

F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 15) + d(0, 1)
N =

3Dung dịch

1.Diode và transistor

Đáp số: R = 1120 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 = 12 − 2·3,2 = 5,6 V

Điện trở

R = 5,6/0,005 = 1120 Ω

Đáp số

R = 1120 Ω

Điện trở tiêu tán 28 mW.

2.Diode và transistor

Đáp số: RB = 1,102 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) = (12 − 0,2)/100 = 118 mA

Dòng điện cực nền tối thiểu

IB(min) = IC(sat)/β = 118/50 = 2360 µA

Điện trở nền

RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/2,36 mA = 1,102 kΩ

Đáp số

RB = 1,102 kΩ

Mọi điện trở nền nhỏ hơn cũng làm transistor bão hòa; trong thực tế bạn chọn điện trở nhỏ hơn vài lần.

3.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Rf = 48 kΩ

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 lợi của bộ khuếch đại không đảo

V₋ = V₊ = Vin, và dòng điện qua R₁ cũng chạy qua Rf, nên Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (25 − 1)·2 = 48 kΩ

Đáp số

Rf = 48 kΩ
4.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = 4,342 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 = −0,5/4,7 = −0,1064 mA
I2 = V2/R2 = 1,4/100 = 0,014 mA
If = I1 + I2 = −0,09238 mA

Điện áp ngõ ra

Vout = −Rf·If = −47·(−0,09238) = 4,342 V

Đáp số

Vout = 4,342 V
5.Quá độ RC và RL

Đáp số: t = 0,915 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 = 33 mH / 50 Ω = 0,66 ms
i(∞) = Vs/R = 24/50 = 0,48 A

Giải tìm thời gian

0,75 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,75)
t = −0,66·ln(0,25) = 0,915 ms

Đáp số

t = 0,915 ms
6.Quá độ RC và RL

Đáp số: vC = 4,661 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) = 30·4,7/(6,8 + 4,7) = 12,26 V

Hằng số thời gian sau khi công tắc mở

τ = R2·C = 4,7·220 = 1034 ms

Sự phóng điện

vC(t) = 12,26·e−1000/1034 = 4,661 V

Đáp số

vC = 4,661 V
7.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR1 = 1,638 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​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​12 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 + 12 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω
Req = R1 + 3,158 = 6 + 3,158 = 9,158 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 = 15/9,158 = 1,638 A

Đáp số

IR1 = 1,638 A
8.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR1 = 0,4925 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​ = 15 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​30 ΩBR6​2 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 + 2 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 7,5 Ω
R3 + 7,5 = 9,5 Ω
R2 ∥ 9,5 = 3,276 Ω
Req = R1 + 3,276 = 15 + 3,276 = 18,28 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 = 9/18,28 = 0,4925 A

Đáp số

IR1 = 0,4925 A
9.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: IL = 96 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 − 48/192 = 0,75

Dòng điện qua tải

Io = 192/8 = 24 A

Dòng cuộn cảm

IL = Io/(1 − D) = 24/0,25 = 96 A

Đáp số

IL = 96 A
10.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: ΔVo = 80 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 = 1 − 24/32 = 0,25

Dòng điện qua tải

Io = 32/20 = 1,6 A

Độ gợn đầu ra

ΔVo = 1,6·0,25/(50·10³·100·10⁻⁶) = 80 mV

Đáp số

ΔVo = 80 mV
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: Vab = 500 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 = 9·587,5/1058 = 5 V
Vb = 4,5 V

Lượng ra

Vab = 500 mV

Đáp số

Vab = 500 mV

Ước lượng tuyến tính Vs·ΔR/(4R) = 562,5 mV cao hơn 12,5 %: cầu một phần tư không hoàn toàn tuyến tính.

12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: σ = 150 MPa

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.

Biến dạng

ε = 4·0,001153/(3·2,05) = 0,0007499

Ứng suất

σ = 200·10³ MPa·0,0007499 = 150 MPa

Đáp số

σ = 150 MPa
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: L = 4

Đại số Boole: các quy tắc rút gọn biểu thức là X + X′ = 1 và X·X′ = 0, X + X = X, hấp thụ X + X·Y = X, quy tắc kết hợp X·Y + X·Y′ = X, X + X′Y = X + Y và định lý đồng thuận XY + X′Z + YZ = XY + X′Z. Các luật De Morgan biến (X·Y)′ thành X′ + Y′ và (X + Y)′ thành X′·Y′. Một bìa Karnaugh áp dụng các quy tắc này bằng hình ảnh: mỗi nhóm hai ô kề nhau là một lần dùng XY + XY′ = X.

Các minterm của biểu thức

A′B′C → m(1)
A′B′C′ → m(0)
BC′ → m(2, 6)
ABC′ → m(6)
ABC00011110011011031204050716

Nhóm và đọc kết quả

F = BC′ + A′B′

Đếm các literal

L = 4

Đáp số

L = 4
14.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.

Các implicant nguyên tố

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

C′D′, B′D′, BCD, A′C′, ACD, A′BD, AB′C
ABCD0001111000011110X0X10312141517061120131150141809111110

Phủ tối thiểu

F = C′D′ + B′D′ + ACD + A′BD
N = 4

Đáp số

N = 4

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1