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​ = 2,2 kΩβ = 120VCC​ = 15 VRB​ = 820 kΩ

Một transistor NPN có β = 120 được phân cực bằng điện trở nền RB = 820 kΩ từ nguồn VCC = 15 V. Điện trở cực thu là RC = 2,2 kΩ và cực phát được nối đất. Lấy VBE = 0,7 V và giả sử transistor ở vùng tích cực. Tìm điện áp cực thu–cực phát VCE.

VCC = 15 VRB = 820 kΩRC = 2,2 kΩβ = 120VBE = 0,7 V
VCE = V
2.Diode và transistorKhó
RC​ = 100 Ωβ = 200VCC​ = 5 V5 VRB​ = ?

Một transistor NPN có β = 200 đóng cắt một điện trở tải 100 Ω nối giữa VCC = 5 V và cực thu của nó. Cực phát được nối đất. Cực nền được điều khiển từ ngõ ra logic 5 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 = 5 VRC = 100 Ωβ = 200Vin = 5 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
3.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​R2​ = 100 kΩV1​ = 2,2 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 2,6 VR3​ = 4,7 kΩR4​ = 100 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 = 2,2 VV2 = 2,6 VR1 = R3 = 4,7 kΩR2 = R4 = 100 kΩ
Vout = V
4.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​C = 2,2 µFVin​ = −2,5 VR = 4,7 kΩ

Bộ tích phân dùng op-amp lý tưởng với nguồn ±15 V; đầu ra của nó bão hòa ở ±12 V. Tụ điện chưa được tích điện khi một đầu vào không đổi Vin = −2,5 V được đặt vào tại t = 0. Sau t = 0 bao lâu thì đầu ra đạt bão hòa? Tìm t.

Vin = −2,5 VR = 4,7 kΩC = 2,2 µFVsat = ±12 V
t = ms
5.Quá độ RC và RLTrung bình
R = 10 Ωt = 0L22 mHi(t)

Cuộn cảm mang dòng điện ổn định 2,5 A. Tại t = 0 công tắc đóng vòng qua R và nguồn bị gỡ bỏ, nên dòng điện cuộn cảm giảm dần qua R. Tìm điện áp vR trên R tại t = 5 ms.

i(0) = 2,5 AR = 10 ΩL = 22 mHt = 5 ms
vR = V
6.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​9 Vt = 0R = 1 kΩC10 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

Ngay trước khi khóa đóng tại t = 0, tụ điện giữ 2 V với cực tính như hình. Mất bao lâu để vC đạt 4,8 V? Tìm t.

Vs = 9 VR = 1 kΩC = 10 µFvC(0) = 2 V
t = ms
7.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAR4​12 ΩB

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

V1 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩR4 = 12 Ω
Req = Ω
8.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 2 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​5 VR2​10 ΩAR4​3 ΩBR6​3 Ω

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

V1 = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 3 ΩR5 = 30 ΩR6 = 3 Ω
Req = Ω
9.Bộ biến đổi DC-DCTrung bình
tiL​Imax​Imin​ΔI = ?DTT2T

Một bộ buck-boost đảo lý tưởng biến 15 V thành −15 V ở 40 kHz với L = 68 µH. Tìm dòng gợn đỉnh–đỉnh của cuộn cảm ΔIL.

Vin​ = 15 VVo​ = −15 Vf = 40 kHzL = 68 µH
ΔIL = A
10.Bộ biến đổi DC-DCKhó
tiL​Imax​IL​DTT2T

Một bộ biến đổi buck lý tưởng biến 24 V thành 6 V cho tải 5 Ω ở 50 kHz. Tìm điện cảm nhỏ nhất Lcrit để dẫn liên tục.

Vin​ = 24 VVo​ = 6 Vf = 50 kHzR = 5 Ω
Lcrit = µH
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngTrung bình
+−15 V150 Ω150 Ω + ΔR150 Ω150 Ωab+−37,31 mV

Một cầu có bốn nhánh 150 Ω được cấp 15 V. Khi cảm biến R₂ thay đổi, đầu ra chỉ Vab = 37,31 mV. Tìm độ thay đổi chính xác ΔR của R₂.

Vs = 15 VR = 150 ΩVab = 37,31 mV
ΔR = Ω
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạngKhó
+−2,5 V1000 Ω1000 Ω + ΔR1000 Ω1000 Ωab+−0,787 mV

Một cầu một phần tư với một cảm biến hoạt động (GF = 2,1) được kích thích bằng 2,5 V. Dưới tải, đầu ra chỉ 0,787 mV. Tìm biến dạng ε theo µε.

Vs = 2,5 VGF = 2,1Vo = 0,787 mV
ε = µε
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
ABCD000111100001111011111

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(0, 1, 4, 8, 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
ABCD00011110000111100001X312140517X61120130150140809X11010

Hãy tìm dạng SOP tối thiểu của F(A, B, C, D) = Σm(2, 4, 7, 12) + d(3, 6, 11), 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, 7, 12) + d(3, 6, 11)
N =

3Dung dịch

1.Diode và transistor

Đáp số: VCE = 10,4 V

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.

Dòng điện cực nền

IB = (VCC − VBE)/RB = (15 − 0,7)/820 kΩ = 17,44 µA

Dòng điện cực thu

IC = β·IB = 120·17,44 µA = 2,093 mA

Điện áp cực thu–cực phát

VCE = 15 − 2,093 mA·2,2 kΩ = 10,4 V

Đáp số

VCE = 10,4 V
2.Diode và transistor

Đáp số: RB = 17,92 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) = (5 − 0,2)/100 = 48 mA

Dòng điện cực nền tối thiểu

IB(min) = IC(sat)/β = 48/200 = 240 µA

Điện trở nền

RB = (5 − 0,7)/IB = 4,3 V/0,24 mA = 17,92 kΩ

Đáp số

RB = 17,92 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: Vout = 8,511 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) = 2,6·100/(4,7 + 100) = 2,483 V
V₋ = V₊

KCL tại đầu vào đảo

(2,2 − 2,483)/4,7 = (2,483 − Vout)/100
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (100/4,7)·(2,6 − 2,2) = 8,511 V

Đáp số

Vout = 8,511 V
4.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: t = 49,63 ms

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 đầu vào và tốc độ tăng

kΩ nhân µF cho ra mili giây.

RC = 4,7 kΩ · 2,2 µF = 10,34 ms
tốc độ tăng = −Vin/(RC) = −(−2,5)/10,34 = 0,2418 V/ms

Thời gian đến bão hòa

|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 12·10,34/2,5 = 49,63 ms

Đáp số

t = 49,63 ms
5.Quá độ RC và RL

Đáp số: vR = 2,576 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

τ = L/R = 22 mH / 10 Ω = 2,2 ms

Sự giảm của dòng điện

i(t) = 2,5·e−5/2,2 = 0,2576 A
vR = R·i = 10·0,2576 = 2,576 V

Đáp số

vR = 2,576 V
6.Quá độ RC và RL

Đáp số: t = 5,108 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) = 2 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 1 kΩ · 10 µF = 10 ms
vC(t) = 9 + (2 − 9)·e−t/τ

Giải tìm thời gian

4,8 = 9 + (−7)·e−t/τ → e−t/τ = (4,8 − 9)/(2 − 9) = 0,6
t = τ·ln((2 − 9)/(4,8 − 9)) = 10·ln(1,667) = 5,108 ms

Đáp số

t = 5,108 ms
7.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: Req = 30,91 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​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​20 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 = 12 + 12 = 24 Ω
R2 ∥ 24 = 20·24/(20+24) = 10,91 Ω
Req = R1 + 10,91 = 20 + 10,91 = 30,91 Ω

Đáp số

Req = 30,91 Ω
8.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: Req = 7,604 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​ = 2 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​5 VR2​10 ΩAR4​3 ΩBR6​3 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 + 3 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 2,75 Ω
R3 + 2,75 = 12,75 Ω
R2 ∥ 12,75 = 5,604 Ω
Req = R1 + 5,604 = 2 + 5,604 = 7,604 Ω

Đáp số

Req = 7,604 Ω
9.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: ΔIL = 2,757 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 = 15/(15 + 15) = 0,5

Điện áp cuộn cảm trong thời gian đóng

Khi S đóng, cuộn cảm nằm trực tiếp trên Vin.

VL = 15 V

Dòng gợn

ΔIL = VL·D/(L·f) = 15·0,5/(68·10⁻⁶·40·10³) = 2,757 A

Đáp số

ΔIL = 2,757 A
10.Bộ biến đổi DC-DC

Đáp số: Lcrit = 37,5 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 = 6/24 = 0,25

Điều kiện ranh giới

Đặt dòng cuộn cảm trung bình bằng một nửa dòng gợn và giải theo L.

Lcrit = (1 − D)·R/(2f)

Điện cảm tới hạn

Lcrit = (1 − 0,25)·5/(250·10³) = 37,5 µH

Đáp số

Lcrit = 37,5 µH
11.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: ΔR = 1,5 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.

Điện áp nút

Va = 7,5 + 0,03731 = 7,537 V

Giải bộ chia áp

R₂ = 150·7,537/(15 − 7,537) = 151,5 Ω
ΔR = 151,5 − 150 = 1,5 Ω

Đáp số

ΔR = 1,5 Ω
12.Cầu Wheatstone và cảm biến biến dạng

Đáp số: ε = 599,6 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.

Giải phương trình cầu một phần tư

ε = 4·0,000787/(2,5·2,1) = 0,0005996

Theo microstrain

ε = 599,6 µε

Đáp số

ε = 599,6 µε
13.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: AB = 10, CD = 11

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.

m11: m10, m9, m15, m3 → 0
ABCD000111100001111011111

Số 1 cô lập

m11 = AB′CD → AB = 10, CD = 11

Đáp số

AB = 10, CD = 11
14.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.

Các implicant nguyên tố

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

BC′D′, A′C, A′BD′
ABCD00011110000111100001X312140517X61120130150140809X11010

Phủ tối thiểu

F = BC′D′ + A′C
N = 2

Đáp số

N = 2

ExamProblems · examproblems.com/courses/electronics-1