Luyện thi FE Điện và Máy tính: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 40 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

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.

Phương pháp điện thế nút

Định luật Kirchhoff về dòng điện
ΣIin = ΣIout
Dòng điện nhánh
I = (Va − Vb)/R
Nút tham chiếu
Vground = 0

Phương pháp

  1. Chọn một nút tham chiếu (đất) và đặt tên cho các điện thế nút còn lại.
  2. Viết định luật Kirchhoff về dòng tại mỗi nút chưa biết: dòng đi ra qua mỗi nhánh bằng dòng đi vào.
  3. Biểu diễn mọi dòng nhánh dưới dạng (Va − Vb)/R.
  4. Giải hệ phương trình, rồi tìm bất kỳ dòng điện nào bạn cần.

Phương pháp dòng điện mạch vòng

Định luật Kirchhoff về điện áp
ΣV = 0 quanh mỗi vòng
Điện trở chung
dòng điện = I1 − I2
Nguồn dòng trong mạch vòng
xác định dòng điện của mạch vòng đó

Phương pháp

  1. Vẽ một dòng điện theo chiều kim đồng hồ trong mỗi mạch vòng (ô) của mạch.
  2. Áp dụng định luật Kirchhoff về điện áp quanh mỗi mạch vòng: tổng các sụt áp bằng không.
  3. Trong điện trở chung của hai mạch vòng, dòng điện là hiệu của hai dòng mạch vòng.
  4. Giải các phương trình; kết quả âm nghĩa là dòng điện chạy ngược lại.

Nguyên lý xếp chồng

Nguyên lý xếp chồng
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Nguồn điện áp đã tắt
ngắn mạch (0 V)
Nguồn dòng đã tắt
hở mạch (0 A)
Cầu chia áp
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Cầu chia dòng
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Phương pháp

  1. Đếm các nguồn độc lập. Bạn sẽ giải một mạch đơn giản hơn cho mỗi nguồn.
  2. Giữ một nguồn và tắt các nguồn còn lại: nguồn điện áp trở thành ngắn mạch (một sợi dây), nguồn dòng trở thành hở mạch (một khoảng hở).
  3. Giải mạch đơn giản hơn để tìm điện áp hoặc dòng điện bạn cần, theo dõi chiều của nó.
  4. Lặp lại cho mọi nguồn, rồi cộng các thành phần với dấu của chúng.

Thévenin và Norton

Điện áp Thévenin
Vth = Vopen circuit
Điện trở Thévenin
Rth: tắt mọi nguồn, nhìn từ a–b
Dòng Norton
IN = Vth/Rth
Dòng điện qua tải
IL = Vth/(Rth + RL)
Truyền công suất cực đại
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Phương pháp

  1. Bỏ tải ra và đánh dấu hai cực a và b.
  2. Tìm điện áp hở mạch giữa a và b: đây là Vth.
  3. Tắt mọi nguồn độc lập và tìm điện trở nhìn từ a–b: đây là Rth.
  4. Đặt lại tải vào mạch tương đương: Vth nối tiếp với Rth.
  5. Với mạch tương đương Norton, hãy chuyển đổi: IN = Vth/Rth, với RN = Rth mắc song song.

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.

Tổng trở xoay chiều và phasor

Tổng trở
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Tần số góc
ω = 2πf
Độ lớn và góc
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Định luật Ohm dạng phasor
V = I·Z

Phương pháp

  1. Đổi tần số: ω = 2πf.
  2. Tìm từng điện kháng: XL = ωL và XC = 1/(ωC).
  3. Cộng các tổng trở như điện trở, với Z = R + jX.
  4. Tìm độ lớn |Z| = √(R² + X²) và góc φ = atan(X/R), rồi dùng định luật Ohm với phasor.

Công suất xoay chiều và hệ số công suất

Công suất tác dụng
P = V·I·cos φ
Công suất phản kháng
Q = V·I·sin φ
Công suất biểu kiến
S = V·I = √(P² + Q²)
Hệ số công suất
pf = cos φ = P/S
Tụ điện bù
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Công suất ba pha

Nối sao (Y)
VL = √3·Vph, IL = Iph
Nối tam giác (Δ)
VL = Vph, IL = √3·Iph
Tổng công suất tác dụng
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Công suất biểu kiến và phản kháng
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Tụ điện bù
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Điện áp trên mỗi tụ điện
Δ: VL Y: VL/√3
Công suất vào của động cơ
Pin = Pout/η

Máy biến áp

Tỉ số vòng dây
a = N1/N2 = V1/V2
Tỉ số dòng điện
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Dòng điện định mức
I = S/V
Tổng trở quy đổi
Z1′ = a²·ZL
Tổn hao đồng khi non tải
Pcu = x²·Pcu,fl
Hiệu suất
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Hiệu suất cực đại
x = √(Pcore/Pcu,fl)

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

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

Hệ đếm

Giá trị vị trí
nhị phân 2k, bát phân 8k, thập lục phân 16k
Sang thập phân
Σ dk·bk
Từ thập phân
chia cho cơ số, đọc các số dư từ dưới lên
Thập lục phân ↔ nhị phân
một chữ số thập lục phân = 4 bit
Số bù hai
đảo các bit và cộng 1

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.

Ổn định: Routh–Hurwitz và quỹ đạo nghiệm

Ổn định
mọi nghiệm của đa thức đặc trưng ở nửa mặt phẳng trái
bảng Routh, phần tử s¹ của đa thức bậc ba
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Nghiệm ở nửa mặt phẳng phải
số lần đổi dấu trong cột đầu tiên
Đa thức bậc ba s³ + a₂s² + a₁s + a₀
ổn định khi mọi a > 0 và a₂·a₁ > a₀
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Phương trình đặc trưng
1 + K·G(s) = 0
Đường tiệm cận
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Điểm tách và điểm nhập
dK/ds = 0
Điều kiện biên độ
K = 1/|G(s)|
Góc xuất phát
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Phương pháp

  1. Viết đa thức đặc trưng vòng kín: mẫu số của 1 + K·G(s) = 0, sau khi nhân ra.
  2. Đặt các hệ số xen kẽ vào hai hàng đầu tiên của bảng Routh và lập các hàng còn lại.
  3. Đếm số lần đổi dấu trong cột đầu tiên: mỗi lần là một cực ở nửa mặt phẳng phải. Khi K có trong bảng, hãy yêu cầu mọi phần tử của cột đầu tiên giữ dương.
  4. Với quỹ đạo nghiệm, đánh dấu các cực và điểm không, các đoạn trên trục thực, các đường tiệm cận từ trọng tâm và các điểm tách/nhập nơi dK/ds = 0. Dùng K = 1/|G(s)| cho độ lợi tại một điểm.

Sai số xác lập và điều khiển PID

Loại của hệ
số cực của G(s) tại s = 0
Hằng số sai số
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Bước nhảy A
ess = A/(1 + Kp)
Tín hiệu dốc A·t
ess = A/Kv
Parabol A·t²/2
ess = A/Ka
Bộ điều khiển PID
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Mục tiêu bậc hai
s² + 2ζωns + ωn²
Độ vượt quá và thời gian
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Phương pháp

  1. Đếm các cực của vòng hở C(s)·G(s) tại s = 0: đó là loại của hệ.
  2. Tính hằng số sai số khớp với đầu vào: Kp cho bước nhảy, Kv cho tín hiệu dốc, Ka cho parabol.
  3. Áp dụng ess = A/(1 + Kp), A/Kv hay A/Ka, hoặc giải nó theo độ lợi bạn cần.
  4. Với yêu cầu về độ cản hoặc tốc độ, viết đa thức đặc trưng vòng kín và so sánh nó với s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Bài tập

1.Điện trở nối tiếp và song songTrung bình
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩIR2​AR4​12 ΩB

Tìm dòng điện IR2 qua R2.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
2.Điện trở nối tiếp và song songKhó
R1​ = 10 ΩIR1​R3​ = 3 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAR4​20 ΩBR6​25 Ω

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

V1 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 20 ΩR5 = 12 ΩR6 = 25 Ω
IR1 = A
3.Phương pháp điện thế nútTrung bình
R1​ = 15 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBIs​1 A

Dùng phương pháp điện thế nút để tìm công suất PIs do nguồn dòng Is cung cấp.

V1 = 15 VIs = 1 AR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 12 ΩR4 = 2 Ω
PIs = W
4.Phương pháp điện thế nútKhó
R1​ = 20 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​15 VR3​5 ΩAR5​25 ΩBIs​1 A+−V2​36 V

Dùng phương pháp điện thế nút để tìm điện thế nút VB (đo so với đất).

V1 = 15 VIs = 1 AV2 = 36 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩR4 = 3 ΩR5 = 25 Ω
VB = V
5.Phương pháp dòng điện mạch vòngTrung bình
R1​ = 5 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​24 VR3​2 Ω+−VR3​A+−V2​24 VI1​I2​

Dùng phương pháp dòng điện mạch vòng để tìm điện áp VR3 trên R3 với cực tính như hình.

V1 = 24 VV2 = 24 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 Ω
VR3 = V
6.Phương pháp dòng điện mạch vòngKhó
R1​ = 30 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR4​3 ΩAR5​25 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

Dùng phương pháp dòng điện mạch vòng để tìm dòng điện mạch vòng I1 (theo chiều kim đồng hồ).

V1 = 30 VV2 = 5 VR1 = 30 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 ΩR4 = 3 ΩR5 = 25 Ω
I1 = A
7.Nguyên lý xếp chồngTrung bình
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 ΩIR3​+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​12 ΩBIs​2,5 A

Dùng nguyên lý chồng chất để tìm công suất PR3 tiêu thụ bởi R3.

V1 = 10 VIs = 2,5 AR1 = 2 ΩR2 = 20 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
PR3 = W
8.Nguyên lý xếp chồngKhó
mạch tuyến tínhV1​V2​Is​IRL​

Một mạch điện trở tuyến tính có ba nguồn độc lập: V1, V2 và Is. Dòng điện I qua tải được đo ba lần. Khi mọi nguồn ở giá trị bình thường, I = 18 mA. Khi V1 tăng gấp đôi và hai nguồn kia giữ nguyên, I = 19,5 mA. Khi chiều của Is bị đảo và hai nguồn kia giữ nguyên, I = 2 mA. Tìm dòng tải I khi V2 bị tắt còn V1 và Is có giá trị bình thường.

bình thường: I = 18 mA2·V1: I = 19,5 mA−Is: I = 2 mA
I = mA
9.Thévenin và NortonTrung bình
R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAab

Tìm điện áp Thévenin Vth nhìn từ cặp cực a–b.

V1 = 10 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
10.Thévenin và NortonKhó
R1​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAIs​2 ABab

Tìm dòng Norton IN: dòng điện chạy từ a đến b nếu nối tắt hai cực.

V1 = 12 VIs = 2 AR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
11.Quá độ RC và RLTrung bình
+−Vs​24 Vt = 0R = 22 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 80% giá trị cuối? Tìm t.

Vs = 24 VR = 22 ΩL = 33 mH
t = ms
12.Quá độ RC và RLKhó
+−Vs​15 Vt = 0R = 22 kΩC?+−vC​

Một mạch định thời bắt đầu nạp một tụ điện chưa tích điện qua một điện trở từ nguồn 15 V tại t = 0. Nó phải kích hoạt khi điện áp tụ điện đạt 11,25 V, đúng 25 ms sau khi bắt đầu. Với R = 22 kΩ, tìm điện dung C cần thiết.

Vs = 15 VVth = 11,25 VT = 25 msR = 22 kΩ
C = µF
13.Tổng trở xoay chiều và phasorTrung bình
230 V100 HzR = 60 ΩL = 100 mHC = 22 µFI

Một mạch RLC nối tiếp được nối với nguồn 230 V (hiệu dụng), 100 Hz. Tìm dòng điện hiệu dụng I.

V = 230 V (rms)f = 100 HzR = 60 ΩL = 100 mHC = 22 µF
I = A
14.Tổng trở xoay chiều và phasorKhó
230 V200 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 100 µF+−VC​

Một mạch RLC nối tiếp được nối với nguồn 230 V (hiệu dụng), 200 Hz. Tìm điện áp hiệu dụng VC trên tụ điện.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 100 µF
VC = V
15.Công suất xoay chiều và hệ số công suấtTrung bình
230 VZ8 + j6 ΩI

Một tải có trở kháng Z = 8 + j6 Ω được nối với nguồn một pha 230 V (hiệu dụng). Tìm công suất thực P mà nó hấp thụ.

V = 230 VZ = 8 + j6 Ω
P = W
16.Công suất xoay chiều và hệ số công suấtKhó
12 V1000 HzRs​ = 25 ΩXs​ = j5 ΩZL​ = ?

Một nguồn 12 V (hiệu dụng), 1000 Hz có trở kháng trong Zs = 25 + j5 Ω. Trở kháng tải ZL có thể được chọn tự do. Tìm công suất thực lớn nhất Pmax có thể cấp cho tải.

Vs = 12 V (rms)f = 1000 HzZs = 25 + j5 Ω
Pmax = W
17.Công suất ba phaTrung bình
ABCVL​ = 208 VIL​ = 80 Acos φ = 0,92trễ pha

Một tải ba pha cân bằng lấy dòng điện dây 80 A từ nguồn có điện áp dây 208 V. Hệ số công suất là 0,92 trễ. Tìm tổng công suất tác dụng P mà tải tiêu thụ, theo kW.

VL = 208 VIL = 80 Acos φ = 0,92
P = kW
18.Công suất ba phaKhó
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​

Một tải ba pha cân bằng lấy 100 kW với hệ số công suất 0,8 trễ từ nguồn 480 V (điện áp dây), 50 Hz. Một bộ tụ điện ba pha mắc song song với tải phải nâng hệ số công suất tổng lên 0,95 trễ. Công suất tác dụng giữ nguyên. Các tụ điện được nối tam giác (Δ). Tìm điện dung Cph của mỗi tụ theo µF.

P = 100 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,95VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
19.Máy biến ápTrung bình
16 Ω31

Một điện trở 16 Ω được nối qua cuộn thứ cấp của một máy biến áp lý tưởng có tỉ số vòng dây N₁:N₂ = 3:1. Tìm điện trở R1′ nhìn vào cuộn sơ cấp.

N1:N2 = 3:1RL = 16 Ω
R1′ = Ω
20.Máy biến ápKhó
pf 0,8550 kVA, η = 97,5%

Một máy biến áp một pha 50 kVA có tổn thất lõi 200 W. Ở tải định mức và hệ số công suất 0,85 trễ, hiệu suất của nó là 97,5%. Tìm tổn thất đồng ở đầy tải Pcu,fl theo watt.

S = 50 kVAPcore = 200 Wpf = 0,85η = 97,5%
Pcu,fl = W
21.Mạch khuếch đại thuật toánTrung bình
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

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

R1 = 22 kΩAv = 25
Rf = kΩ
22.Mạch khuếch đại thuật toánKhó
−+Vout​Rf​ = 1 kΩV1​ = 1,8 VR1​ = 100 kΩV2​ = 2 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 = 1,8 VV2 = 2 VR1 = 100 kΩR2 = 4,7 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
23.Diode và transistorTrung bình
RC​ = 1 kΩβ = 100IC​ = ?VCC​ = 10 VRB​ = 220 kΩ

Một transistor NPN có β = 100 được phân cực bằng điện trở nền RB = 220 kΩ từ nguồn VCC = 10 V. Điện trở cực thu là RC = 1 kΩ và cực phát được nối đất. Lấy VBE = 0,7 V và giả sử transistor ở vùng tích cực. Tìm dòng điện cực thu IC theo mA.

VCC = 10 VRB = 220 kΩRC = 1 kΩβ = 100VBE = 0,7 V
IC = mA
24.Diode và transistorKhó
RC​ = 470 Ωβ = 100VCC​ = 24 V3,3 VRB​ = ?

Một transistor NPN có β = 100 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. Tìm điện trở nền lớn nhất RB, theo kΩ, vẫn vừa đủ đưa transistor vào bão hòa.

VCC = 24 VRC = 470 Ωβ = 100Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
25.Hệ đếmTrung bình
Số bù hai 8 bit?−128?64?32?16?8?4?2?1

Viết −13 dưới dạng dãy số bù hai 8 bit. Đọc dãy đó như một số nhị phân không dấu: giá trị U của nó trong hệ thập phân là bao nhiêu?

N = −138 bit
U =
26.Hệ đếmKhó
nhấp vào các bit để đặt chúng012806403201608040201

Đặt các bit thành kết quả 8 bit của 0110 0100 XOR 0001 0111. Giá trị R của kết quả theo hệ thập phân là bao nhiêu?

0110 0100XOR0001 0111
R =
27.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopTrung bình
MUXC′I0​CI1​0I2​1I3​ABS1​S0​F

Một bộ ghép kênh 4-sang-1 có các đầu vào chọn S₁ = A và S₀ = B, và các đầu vào dữ liệu nối với I₀ = C′, I₁ = C, I₂ = 0, I₃ = 1. Với bao nhiêu trong 8 tổ hợp của A, B và C thì đầu ra F = 1? Hãy tìm N.

I₀ = C′I₁ = CI₂ = 0I₃ = 1
N =
28.Logic số: cổng, bìa K và flip-flopKhó
DQ3​Q3​DQ2​Q2​DQ1​Q1​DQ0​Q0​CLKJOHNSON

Một bộ đếm Johnson 4 bit Q₃Q₂Q₁Q₀ bắt đầu ở 0000. Ở mỗi sườn xung nhịp các bit dịch sang phải một vị trí (Q₃ → Q₂ → Q₁ → Q₀) và Q₃ nhận giá trị đảo của Q₀. Hãy cho trạng thái Q = Q₃Q₂Q₁Q₀ dưới dạng số thập phân sau 3 sườn xung nhịp.

Q₃Q₂Q₁Q₀ = 00003
Q =
29.Biến đổi LaplaceTrung bình
t (s)f(t)t = 0,25f(0,25) = ?

Tìm f(t) cho F(s) = (4s + 38)/(s² + 8s + 16) và tính f(0,25).

F(s) = (4s + 38)/(s² + 8s + 16)t = 0,25 s
f(0.25) =
30.Biến đổi LaplaceKhó
t (s)y(t)t = 0,2y(0,2) = ?

Giải y″ + 8y′ + 12y = 0 với y(0) = 6 và y′(0) = 3 bằng biến đổi Laplace, và tìm y(0,2).

y″ + 8y′ + 12y = 0y(0) = 6y′(0) = 3t = 0,2 s
y(0.2) =
31.Sơ đồ khốiTrung bình
R(s)+7s + 7G(s)C(s)0,2H−

Một đối tượng G(s) = 7/(s + 7) được điều khiển trong vòng hồi tiếp âm mà cảm biến có độ lợi H = 0,2. Tìm hằng số thời gian τ của vòng kín.

G(s) = 7/(s + 7)H = 0,2
τ = s
32.Sơ đồ khốiKhó
R(s)+10s + 4G₁+10s + 8G₂C(s)1H₁−0,2H₂−

Rút gọn sơ đồ khối với G₁ = 10/(s + 4), G₂ = 10/(s + 8), hồi tiếp âm trong H₁ = 1 quanh G₂ và hồi tiếp âm ngoài H₂ = 0,2. Tìm độ lợi một chiều (DC) T(0) của C(s)/R(s).

G₁ = 10/(s + 4)G₂ = 10/(s + 8)H₁ = 1H₂ = 0,2
T(0) =
33.Đáp ứng bướcTrung bình
t (s)y(t)3

Một hệ có hàm truyền G(s) = 297/(s² + 9s + 99) và nhận tín hiệu vào là bước nhảy đơn vị. Tìm hệ số cản ζ.

G(s) = 297/(s² + 9s + 99)
ζ =
34.Đáp ứng bướcKhó
R(s)+75s(s + 4)G(s)C(s)−

Một vòng hồi tiếp âm đơn vị có G(s) = 75/(s(s + 4)). Tìm thời gian xác lập 2 % ts của đáp ứng bước vòng kín, dùng ts ≈ 4/(ζωₙ).

G(s) = 75/(s(s + 4))
ts = s
35.Biểu đồ Bode và độ dự trữTrung bình
|H| (dB)0,11101001000−80−60−40−20020ω (rad/s)ω = 20

Tìm độ lớn chính xác |G(jω)| của G(s) = 180/((s + 3)(s + 15)) tại ω = 20 rad/s, theo dB.

G(s) = 180/((s + 3)(s + 15))ω = 20 rad/s
|G(jω)| = dB
36.Biểu đồ Bode và độ dự trữKhó
|H| (dB)0,10,1111010100100−80−60−40−2002040ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​

Một vòng hồi tiếp đơn vị có hàm truyền vòng hở L(s) = K/(s(s + 6)(s + 7)). Tìm độ khuếch đại K cho độ dự trữ biên 20 dB.

L(s) = K/(s(s + 6)(s + 7))GM = 20 dB
K =
37.Ổn định: Routh–Hurwitz và quỹ đạo nghiệmTrung bình
R(s)+7201s(s + 2)(s + 10)C(s)−

Vòng trong sơ đồ có phản hồi âm và L(s) = 720/(s(s + 2)(s + 10)). Có bao nhiêu cực vòng kín N nằm ở nửa mặt phẳng phải?

L(s) = 720/(s(s + 2)(s + 10))
N =
38.Ổn định: Routh–Hurwitz và quỹ đạo nghiệmKhó
ReIm−1−2−3−4−5−6−71j1j2

Quỹ đạo nghiệm của L(s) = K/(s(s + 2)(s + 6)) rời trục thực giữa s = 0 và s = −2. Tìm điểm tách sb.

L(s) = K/(s(s + 2)(s + 6))
sb =
39.Sai số xác lập và điều khiển PIDTrung bình
r(t) = 3t+20s(s + 4)(s + 10)C(s)−

Một tín hiệu dốc r(t) = 3t được đưa vào một vòng phản hồi đơn vị với G(s) = 20/(s(s + 4)(s + 10)). Tìm sai số xác lập ess.

G(s) = 20/(s(s + 4)(s + 10))r(t) = 3t
ess =
40.Sai số xác lập và điều khiển PIDKhó
r(t) = 1t+1 + 4/s5(s + 4)(s + 5)C(s)−

Một bộ điều khiển PI C(s) = 1 + 4/s điều khiển đối tượng G(s) = 5/((s + 4)(s + 5)) trong một vòng phản hồi đơn vị. Tìm sai số xác lập ess cho đầu vào tín hiệu dốc r(t) = 1t.

C(s) = 1 + 4/sG(s) = 5/((s + 4)(s + 5))r(t) = 1t
ess =

3Dung dịch

1.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR2 = 2 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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​2 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 = 8 + 12 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 2·20/(2+20) = 1,818 Ω
Req = R1 + 1,818 = 5 + 1,818 = 6,818 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 = 15/6,818 = 2,2 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 = 15 − 2,2·5 = 4 V
IR2 = VA/R2 = 4/2 = 2 A

Đáp số

IR2 = 2 A
2.Điện trở nối tiếp và song song

Đáp số: IR1 = 0,89 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​ = 10 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAR4​20 ΩBR6​25 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 + 25 = 37 Ω
R4 ∥ 37 = 12,98 Ω
R3 + 12,98 = 15,98 Ω
R2 ∥ 15,98 = 6,854 Ω
Req = R1 + 6,854 = 10 + 6,854 = 16,85 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 = 15/16,85 = 0,89 A

Đáp số

IR1 = 0,89 A
3.Phương pháp điện thế nút

Đáp số: PIs = 2,061 W

Phương pháp điện thế nút: chọn một nút tham chiếu, đặt tên các điện thế nút chưa biết, viết định luật dòng Kirchhoff tại mỗi nút chưa biết bằng định luật Ohm (I = ΔV/R), rồi giải hệ phương trình thu được.

KCL tại nút A

Dòng điện đi ra khỏi A qua các điện trở bằng dòng điện các nguồn đẩy vào A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/3 + (VA − 15)/15 + (VA − VB)/12 = 0
0,4833·VA − 0,08333·VB = 1

KCL tại nút B

Dòng điện đi ra khỏi B qua các điện trở bằng dòng điện các nguồn đẩy vào B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/2 + (VB − VA)/12 = 1
−0,08333·VA + 0,5833·VB = 1

Giải

Δ = (0,4833)(0,5833) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,275
VA = Δ1/Δ = 0,6667/0,275 = 2,424 V
VB = Δ2/Δ = 0,5667/0,275 = 2,061 V

Công suất do nguồn dòng cung cấp

Nguồn đẩy Iₛ lên vào nút B, từ đất (0 V) đến VB. Nguồn có dòng điện đi ra từ cực + của nó cung cấp công suất P = V·I.

PIs = VB·Is = 2,061·1 = 2,061 W

Đáp số

PIs = 2,061 W
4.Phương pháp điện thế nút

Đáp số: VB = 28,1 V

Phương pháp điện thế nút: chọn một nút tham chiếu, đặt tên các điện thế nút chưa biết, viết định luật dòng Kirchhoff tại mỗi nút chưa biết bằng định luật Ohm (I = ΔV/R), rồi giải hệ phương trình thu được.

R1​ = 20 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​15 VR3​5 ΩAR5​25 ΩBIs​1 A+−V2​36 V

Thiết lập các nút

Đất là dây dưới cùng. Các điện thế nút đã biết lấy thẳng từ các nguồn (V1 = 15 V, V2 = 36 V). Ẩn số: VA, VB.

KCL tại nút A

Dòng điện đi ra khỏi A qua các điện trở bằng dòng điện các nguồn đẩy vào A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/5 + (VA − 15)/20 + (VA − VB)/6 = 0
0,4167·VA − 0,1667·VB = 0,75

KCL tại nút B

Dòng điện đi ra khỏi B qua các điện trở bằng dòng điện các nguồn đẩy vào B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/25 + (VB − VA)/6 + (VB − 36)/3 = 1
−0,1667·VA + 0,54·VB = 13

Giải

Δ = (0,4167)(0,54) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,1972
VA = Δ1/Δ = 2,572/0,1972 = 13,04 V
VB = Δ2/Δ = 5,542/0,1972 = 28,1 V

Đáp số

VB = 28,1 V
5.Phương pháp dòng điện mạch vòng

Đáp số: VR3 = 8,348 V

Phương pháp dòng điện mạch vòng: gán cho mỗi ô của mạch phẳng một dòng điện vòng riêng, viết định luật điện áp Kirchhoff quanh mỗi vòng (tổng sụt áp = tổng điện áp tăng), rồi giải. Dòng nhánh là dòng mạch vòng, hoặc hiệu của hai dòng mạch vòng trên nhánh chung.

R1​ = 5 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​24 VR3​2 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

Gán các dòng điện mạch vòng

Vẽ một dòng điện theo chiều kim đồng hồ trong mỗi ô: I1, I2. Điện trở chung của hai mạch vòng có dòng bằng hiệu của hai dòng mạch vòng.

KVL quanh mạch vòng 1

Đi theo chiều kim đồng hồ, tổng sụt áp trên các điện trở bằng tổng điện áp nguồn tăng (từ − sang + theo chiều đi).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
5·I1 + 2(I1 − I2) = 24
7·I1 − 2·I2 = 24

KVL quanh mạch vòng 2

Đi theo chiều kim đồng hồ, tổng sụt áp trên các điện trở bằng tổng điện áp nguồn tăng (từ − sang + theo chiều đi).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
15·I2 + 2(I2 − I1) = (−24)
−2·I1 + 17·I2 = −24

Giải

Δ = (7)(17) − (−2)(−2) = 115
I1 = Δ1/Δ = 360/115 = 3,13 A
I2 = Δ2/Δ = −120/115 = −1,043 A

Đáp số

IR3 = I1 − I2 = 4,174 A
VR3 = IR3·R3 = 4,174·2 = 8,348 V

Dòng điện mạch vòng âm chạy ngược chiều kim đồng hồ.

6.Phương pháp dòng điện mạch vòng

Đáp số: I1 = 0,8927 A

Phương pháp dòng điện mạch vòng: gán cho mỗi ô của mạch phẳng một dòng điện vòng riêng, viết định luật điện áp Kirchhoff quanh mỗi vòng (tổng sụt áp = tổng điện áp tăng), rồi giải. Dòng nhánh là dòng mạch vòng, hoặc hiệu của hai dòng mạch vòng trên nhánh chung.

R1​ = 30 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​30 VR4​3 ΩAR5​25 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

Gán các dòng điện mạch vòng

Vẽ một dòng điện theo chiều kim đồng hồ trong mỗi ô: I1, I2, I3. Điện trở chung của hai mạch vòng có dòng bằng hiệu của hai dòng mạch vòng.

KVL quanh mạch vòng 1

Đi theo chiều kim đồng hồ, tổng sụt áp trên các điện trở bằng tổng điện áp nguồn tăng (từ − sang + theo chiều đi).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
30·I1 + 3(I1 − I2) = 30
33·I1 − 3·I2 = 30

KVL quanh mạch vòng 2

Đi theo chiều kim đồng hồ, tổng sụt áp trên các điện trở bằng tổng điện áp nguồn tăng (từ − sang + theo chiều đi).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
6·I2 + 3(I2 − I1) + 25(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 34·I2 − 25·I3 = 0

KVL quanh mạch vòng 3

Đi theo chiều kim đồng hồ, tổng sụt áp trên các điện trở bằng tổng điện áp nguồn tăng (từ − sang + theo chiều đi).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
2·I3 + 25(I3 − I2) = (−5)
−25·I2 + 27·I3 = −5

Giải

Δ = định thức của ma trận hệ số = 9426
I1 = Δ1/Δ = 8415/9426 = 0,8927 A
I2 = Δ2/Δ = −1695/9426 = −0,1798 A
I3 = Δ3/Δ = −3315/9426 = −0,3517 A

Đáp số

I1 = 0,8927 A

Dòng điện mạch vòng âm chạy ngược chiều kim đồng hồ.

7.Nguyên lý xếp chồng

Đáp số: PR3 = 25,68 W

Nguyên lý xếp chồng: trong mạch tuyến tính, mọi điện áp hoặc dòng điện đều bằng tổng các đáp ứng do từng nguồn độc lập tác dụng riêng. Để tắt một nguồn, thay nguồn điện áp lý tưởng bằng ngắn mạch và nguồn dòng lý tưởng bằng hở mạch. Các điện trở giữ nguyên vị trí.

R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​12 ΩBHỞ MẠCH

Trường hợp 1 · chỉ V1 tác dụng

Iₛ trở thành hở mạch, nên R₃ và R₄ tạo thành một nhánh nối tiếp từ A xuống đất, song song với R₂.

R3+R4 = 8+12 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 20·20/(20+20) = 10 Ω
VA = 10·10/(2+10) = 8,333 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 8,333·12/20 = 5 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (8,333 − 5)/8 = 0,4167 A
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 ΩNGẮN MẠCHR2​20 ΩAR4​12 ΩBIs​2,5 A

Trường hợp 2 · chỉ Is tác dụng

V₁ trở thành ngắn mạch, nên R₁ song song với R₂. Iₛ chia tại B giữa R₄ và đường đi qua R₃. Mũi tên của Iₛ hướng xuống, ra xa khỏi nút của nó, nên Iₛ lấy dòng điện ra khỏi nút đó: số hạng của nó có dấu trừ.

R1 ∥ R2 = 2·20/(2+20) = 1,818 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 9,818 = 5,4 Ω
VB = −Is·Req = −2,5·5,4 = −13,5 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −13,5·1,818/9,818 = −2,5 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (−2,5 − −13,5)/8 = 1,375 A

Cộng các phần đóng góp của dòng điện

IR3 = IR3′ + IR3″ = 0,4167 + 1,375 = 1,792 A

Công suất trên điện trở

Công suất phụ thuộc vào bình phương dòng điện, nên không tuân theo nguyên lý chồng chất: hãy cộng các dòng điện trước, rồi bình phương.

PR3 = IR3²·R3 = 1,792²·8 = 25,68 W

Đáp số

PR3 = 25,68 W

Cộng công suất của các trường hợp riêng lẻ sẽ cho 16,51 W, là sai.

8.Nguyên lý xếp chồng

Đáp số: I = 9,5 mA

Nguyên lý xếp chồng: trong mạch tuyến tính, mọi điện áp hoặc dòng điện đều bằng tổng các đáp ứng do từng nguồn độc lập tác dụng riêng. Để tắt một nguồn, thay nguồn điện áp lý tưởng bằng ngắn mạch và nguồn dòng lý tưởng bằng hở mạch. Các điện trở giữ nguyên vị trí.

Viết các phép đo theo các phần đóng góp

Mỗi phần đóng góp tỉ lệ với nguồn của nó.

I₁ + I₂ + I₃ = 18
2·I₁ + I₂ + I₃ = 19,5
I₁ + I₂ − I₃ = 2

Giải tìm các phần đóng góp

I₁ = 19,5 − 18 = 1,5 mA
I₃ = (18 − 2)/2 = 8 mA
I₂ = 18 − 1,5 − 8 = 8,5 mA

Tắt V₂

I = I₁ + I₃ = 1,5 + 8 = 9,5 mA

Đáp số

I = 9,5 mA
9.Thévenin và Norton

Đáp số: Vth = 7,692 V

Định lý Thévenin: mọi mạng tuyến tính hai cực đều hoạt động như một nguồn điện áp Vth duy nhất nối tiếp với điện trở Rth. Định lý Norton cho cùng mạng đó dưới dạng nguồn dòng IN = Vth/Rth song song với Rth.

R1​ = 3 ΩR3​ = 15 ΩNGẮN MẠCHR2​10 ΩAabRth​

Tìm Rth khi tắt mọi nguồn

Thay nguồn điện áp bằng ngắn mạch và nguồn dòng bằng hở mạch, rồi nhìn vào mạch từ a–b.

R1 ∥ R2 = 3·10/(3+10) = 2,308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,308 + 15 = 17,31 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAab+−Vth​

Tìm Vth, điện áp hở mạch

Khi a–b hở, không có dòng điện qua R₃, nên không có sụt áp trên nó và V_b = V_A. R₁ và R₂ tạo thành một cầu chia áp.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 10·10/(3+10) = 7,692 V
10.Thévenin và Norton

Đáp số: IN = −1,657 A

Định lý Thévenin: mọi mạng tuyến tính hai cực đều hoạt động như một nguồn điện áp Vth duy nhất nối tiếp với điện trở Rth. Định lý Norton cho cùng mạng đó dưới dạng nguồn dòng IN = Vth/Rth song song với Rth.

R1​ = 20 ΩR3​ = 3 ΩNGẮN MẠCHR2​5 ΩAHỞ MẠCHBabRth​

Tìm Rth khi tắt mọi nguồn

Thay nguồn điện áp bằng ngắn mạch và nguồn dòng bằng hở mạch, rồi nhìn vào mạch từ a–b.

R1 ∥ R2 = 20·5/(20+5) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 3 = 7 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAIs​2 ABab+−Vth​

Tìm Vth, điện áp hở mạch

Khi a–b hở, đường duy nhất cho Iₛ là qua R₃ vào nút A. Tìm V_A bằng xếp chồng V₁ và Iₛ, rồi cộng thêm độ sụt áp trên R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 2,4 + (−2)·4 = −5,6 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −5,6 + (−2)·3 = −11,6 V
IN​1,657 ARth​7 Ωab

Mạch tương đương Norton

Nguồn Norton là cùng mạch đó nhìn như một nguồn dòng song song với R_th. Dòng của nó là dòng ngắn mạch tại a–b.

IN = Vth/Rth = −11,6/7 = −1,657 A
11.Quá độ RC và RL

Đáp số: t = 2,414 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 / 22 Ω = 1,5 ms
i(∞) = Vs/R = 24/22 = 1,091 A

Giải tìm thời gian

0,8 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,8)
t = −1,5·ln(0,2) = 2,414 ms

Đáp số

t = 2,414 ms
12.Quá độ RC và RL

Đáp số: C = 0,8197 µF

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

11,25 = 15·(1 − e−25/τ) → τ = 25/ln(15/(15 − 11,25))
τ = 25/1,386 = 18,03 ms

Điện dung

kΩ nhân µF cho ra mili giây.

C = τ/R = 18,03/22 = 0,8197 µF

Đáp số

C = 0,8197 µF
13.Tổng trở xoay chiều và phasor

Đáp số: I = 3,786 A

Mạch xoay chiều với phasor: điện trở, cuộn cảm và tụ điện có tổng trở lần lượt là R, jωL và 1/(jωC), với ω = 2πf. Khi nối tiếp, các tổng trở cộng như điện trở, nhưng là số phức. Dòng điện và điện áp hiệu dụng tuân theo định luật Ohm với |Z|.

Điện kháng

ω = 2πf = 2π·100 = 628,3 rad/s
XL = ωL = 628,3·0,1 = 62,83 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(628,3·22·10⁻⁶) = 72,34 Ω

Tổng trở

Khi nối tiếp, các tổng trở cộng như số phức: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(60² + (−9,511)²) = 60,75 Ω

Dòng điện

Cùng một dòng điện chạy qua mọi phần tử của mạch nối tiếp.

I = V/|Z| = 230/60,75 = 3,786 A

Đáp số

I = 3,786 A
14.Tổng trở xoay chiều và phasor

Đáp số: VC = 9,898 V

Mạch xoay chiều với phasor: điện trở, cuộn cảm và tụ điện có tổng trở lần lượt là R, jωL và 1/(jωC), với ω = 2πf. Khi nối tiếp, các tổng trở cộng như điện trở, nhưng là số phức. Dòng điện và điện áp hiệu dụng tuân theo định luật Ohm với |Z|.

Điện kháng

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0,15 = 188,5 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·100·10⁻⁶) = 7,958 Ω

Tổng trở

Khi nối tiếp, các tổng trở cộng như số phức: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(40² + (180,5)²) = 184,9 Ω

Dòng điện

Cùng một dòng điện chạy qua mọi phần tử của mạch nối tiếp.

I = V/|Z| = 230/184,9 = 1,244 A

Điện áp trên tụ điện

VC = I·XC = 1,244·7,958 = 9,898 V

Đáp số

VC = 9,898 V
15.Công suất xoay chiều và hệ số công suất

Đáp số: P = 4232 W

Công suất xoay chiều: công suất biểu kiến S = V·I (VA) tách thành công suất tác dụng P = S·cos φ (W), thực hiện công có ích, và công suất phản kháng Q = S·sin φ (var), dao động qua lại giữa nguồn và tải. Hệ số công suất là cos φ. Một tụ điện mắc song song cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, nên dòng điện trên đường dây giảm với cùng công suất tác dụng.

Dòng điện

|Z| = √(8² + 6²) = 10 Ω
I = V/|Z| = 230/10 = 23 A

Công suất tác dụng

P = I²·R = 23²·8 = 4232 W

Đáp số

P = 4232 W
16.Công suất xoay chiều và hệ số công suất

Đáp số: Pmax = 1,44 W

Công suất xoay chiều: công suất biểu kiến S = V·I (VA) tách thành công suất tác dụng P = S·cos φ (W), thực hiện công có ích, và công suất phản kháng Q = S·sin φ (var), dao động qua lại giữa nguồn và tải. Hệ số công suất là cos φ. Một tụ điện mắc song song cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, nên dòng điện trên đường dây giảm với cùng công suất tác dụng.

Phối hợp liên hợp

Điện kháng của tải triệt tiêu điện kháng của nguồn, và điện trở tải bằng điện trở nguồn.

ZL = Zs* = 25 − j5 Ω

Công suất cực đại

I = Vs/(2Rs) = 12/50 = 0,24 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 12²/(4·25) = 1,44 W

Đáp số

Pmax = 1,44 W
17.Công suất ba pha

Đáp số: P = 26,52 kW

Hệ ba pha cân bằng: trong nối sao (Y), điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, VL = √3·Vph, và dòng điện dây bằng dòng điện pha. Trong nối tam giác (Δ), điện áp dây bằng điện áp pha và dòng điện dây bằng √3 lần dòng điện pha, IL = √3·Iph. Tổng công suất bằng ba lần công suất của một pha: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Công suất biểu kiến

S = √3·VL·IL = √3·208·80 = 28,82 kVA

Công suất tác dụng

P = S·cos φ = 28,82·0,92 = 26,52 kW

Đáp số

P = 26,52 kW
18.Công suất ba pha

Đáp số: Cph = 194 µF

Hệ ba pha cân bằng: trong nối sao (Y), điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, VL = √3·Vph, và dòng điện dây bằng dòng điện pha. Trong nối tam giác (Δ), điện áp dây bằng điện áp pha và dòng điện dây bằng √3 lần dòng điện pha, IL = √3·Iph. Tổng công suất bằng ba lần công suất của một pha: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Bù hệ số công suất: tụ điện cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Mỗi tụ trong ba tụ cung cấp QC/3 = V²·ω·C, trong đó V là điện áp trên tụ đó: VL trong bộ nối tam giác (Δ), VL/√3 trong bộ nối sao (Y).

Công suất phản kháng trước và sau

Công suất tác dụng không đổi, nên mỗi hệ số công suất xác định công suất phản kháng: Q = P·tan φ.

Q1 = 100·tan(acos 0,8) = 100·0,75 = 75 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0,95) = 100·0,3287 = 32,87 kvar

Công suất phản kháng từ các tụ điện

QC = Q1 − Q2 = 42,13 kvar

Điện dung mỗi pha

Trong bộ nối tam giác (Δ), mỗi tụ được nối giữa hai dây pha.

V = 480 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 14044/(314,2·480²) = 194 µF

Đáp số

Cph = 194 µF
19.Máy biến áp

Đáp số: R1′ = 144 Ω

Máy biến áp lý tưởng: điện áp tỉ lệ với số vòng dây và dòng điện theo tỉ lệ nghịch: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a và I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, nên công suất vào bằng công suất ra, V₁·I₁ = V₂·I₂. Một tổng trở tải Z ở thứ cấp trông như a²·Z khi nhìn từ sơ cấp.

Điện trở quy đổi

Điện áp tăng a lần và dòng điện giảm a lần, nên tỉ số V/I tăng a² lần.

R1′ = a²·RL = 3²·16 = 144 Ω

Đáp số

R1′ = 144 Ω
20.Máy biến áp

Đáp số: Pcu,fl = 889,7 W

Tổn thất của máy biến áp: tổn thất lõi (từ trễ và dòng điện xoáy) phụ thuộc vào điện áp và như nhau ở mọi tải. Tổn thất đồng ở các cuộn dây tỉ lệ với bình phương dòng điện, nên ở một phần x của tải định mức nó là x²·Pcu,fl. Hiệu suất η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), với Pout = x·S·pf. Hiệu suất cao nhất ở tải mà tổn thất đồng bằng tổn thất lõi.

Công suất ra và công suất vào

Pout = 50·0,85 = 42,5 kW
Pin = 42500/0,975 = 43590 W

Tổng tổn thất và tổn thất đồng

Ploss = 43590 − 42500 = 1090 W
Pcu,fl = 1090 − 200 = 889,7 W

Đáp số

Pcu,fl = 889,7 W
21.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Rf = 528 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)·22 = 528 kΩ

Đáp số

Rf = 528 kΩ
22.Mạch khuếch đại thuật toán

Đáp số: Vout = −0,4435 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 = 1,8/100 = 0,018 mA
I2 = V2/R2 = 2/4,7 = 0,4255 mA
If = I1 + I2 = 0,4435 mA

Điện áp ngõ ra

Vout = −Rf·If = −1·0,4435 = −0,4435 V

Đáp số

Vout = −0,4435 V
23.Diode và transistor

Đáp số: IC = 4,227 mA

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 = (10 − 0,7)/220 kΩ = 42,27 µA

Dòng điện cực thu

IC = β·IB = 100·42,27 µA = 4,227 mA

Đáp số

IC = 4,227 mA

Kiểm tra: VCE = 5,773 V cao hơn hẳn 0,2 V, nên transistor đúng là ở vùng tích cực.

24.Diode và transistor

Đáp số: RB = 5,134 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 = 50,64/100 = 506,4 µA

Điện trở nền

RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/0,5064 mA = 5,134 kΩ

Đáp số

RB = 5,134 kΩ

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

25.Hệ đếm

Đáp số: U = 243

Hệ đếm theo vị trí: mỗi chữ số có giá trị bằng giá trị của nó nhân với một lũy thừa của cơ số. Trong hệ nhị phân, các vị trí có giá trị 1, 2, 4, 8, 16, …; trong hệ thập lục phân 1, 16, 256, …, với A–F biểu diễn 10–15. Trong số bù hai 8 bit, bit ngoài cùng bên trái có giá trị −128 thay vì +128, đó là cách lưu số âm.

Đảo bit và cộng một

13 = 0000 1101
đã đảo: 1111 0010
+1 → 1111 0011

Đọc như số không dấu

1111 0011₂ = 256 − 13 = 243

Đáp số

U = 243
26.Hệ đếm

Đáp số: R = 115

Đặt các bit: mỗi bit có giá trị bằng một lũy thừa của hai (128, 64, …, 1). Một chữ số hex đúng bằng bốn bit, và trong bù hai 8 bit, bit ngoài cùng bên trái có giá trị −128. Các phép toán theo bit làm việc trên từng vị trí bit riêng biệt.

Từng bit một

XOR cho 1 ở nơi hai bit khác nhau.

0110 0100
XOR 0001 0111
= 0111 0011

Giá trị của kết quả

0111 0011₂ = 115

Đáp số

R = 115
27.Logic số: cổng, bìa K và flip-flop

Đáp số: N = 4

Bộ ghép kênh: một bộ ghép kênh 2ⁿ-sang-1 chuyển một trong các đầu vào dữ liệu của nó ra đầu ra; các đường chọn, đọc như một số nhị phân, quyết định đầu vào nào. Với MUX 4-sang-1 có các đường chọn S₁S₀ = AB, F = A′B′·I₀ + A′B·I₁ + AB′·I₂ + AB·I₃. Nối các đầu vào dữ liệu với 0, 1, C hoặc C′ làm MUX tạo ra bất kỳ hàm nào của A, B và C, đó là cách phổ biến để xây dựng logic bằng một chip.

Biểu thức đầu ra

F = A′B′C′ + A′BC + AB

Các hàng có F = 1

ABC = 000, 011, 110, 111
N = 4

Đáp số

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

Đáp số: Q = 14

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

0000 → 1000 → 1100 → 1110

Giá trị thập phân

1110₂ = 14

Đáp số

Q = 14
29.Biến đổi Laplace

Đáp số: f(0.25) = 3,495

Biến đổi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt biến đạo hàm thành phép nhân với s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Các cặp chuẩn: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), và phép dịch s → s + σ nhân hàm theo thời gian với e−σt. Để biến đổi ngược một F(s) hữu tỉ, hãy tách thành các phân thức riêng: thặng dư của cực đơn p là A = [(s − p)·F(s)] tại s = p. Định lý giá trị cuối: f(∞) = lims→0 s·F(s), chỉ đúng khi mọi cực của s·F(s) nằm trong nửa mặt phẳng trái. Định lý giá trị đầu: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Phân tích mẫu số thành nhân tử

s² + 8s + 16 = (s + 4)²

Phân thức riêng

4s + 38 = 4(s + 4) + 22
F(s) = 4/(s + 4) + 22/(s + 4)²

Biến đổi ngược

f(t) = 4·e−4t + 22·t·e−4t
f(0,25) = (4 + 22·0,25)·e−4·0,25 = 3,495

Đáp số

f(0,25) = 3,495
30.Biến đổi Laplace

Đáp số: y(0.2) = 5,406

Biến đổi Laplace: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt biến đạo hàm thành phép nhân với s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Các cặp chuẩn: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), và phép dịch s → s + σ nhân hàm theo thời gian với e−σt. Để biến đổi ngược một F(s) hữu tỉ, hãy tách thành các phân thức riêng: thặng dư của cực đơn p là A = [(s − p)·F(s)] tại s = p. Định lý giá trị cuối: f(∞) = lims→0 s·F(s), chỉ đúng khi mọi cực của s·F(s) nằm trong nửa mặt phẳng trái. Định lý giá trị đầu: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Biến đổi phương trình

s²Y − 6s − 3 + 8(sY − 6) + 12Y = 0
Y(s) = (6s + 51)/((s + 2)(s + 6))

Phân thức riêng

A = 39/4 = 9,75
B = 15/(−4) = −3,75

Kết quả

y(t) = 9,75·e−2t − 3,75·e−6t
y(0,2) = 5,406

Đáp số

y(0,2) = 5,406

Kiểm tra: y(0) = A + B = 6.

31.Sơ đồ khối

Đáp số: τ = 0,119 s

Đại số sơ đồ khối: các khối nối tiếp thì nhân (G₁·G₂), các khối song song thì cộng (G₁ + G₂), và một vòng có đường thuận G và đường hồi tiếp H rút gọn thành T = G/(1 + G·H) với hồi tiếp âm và G/(1 − G·H) với hồi tiếp dương. Rút gọn các vòng bên trong trước, rồi làm dần ra ngoài. Các cực vòng kín là nghiệm của phương trình đặc trưng 1 + G(s)H(s) = 0. Với vòng ổn định, đầu vào bậc thang có độ lớn A cho đầu ra xác lập A·T(0); với hồi tiếp đơn vị, sai số xác lập đối với bậc thang là A/(1 + Kp) với Kp = G(0).

Hàm truyền vòng kín

T(s) = G/(1 + G·H) = 7/(s + 7 + 1,4) = 7/(s + 8,4)

Kết quả

τ = 1/8,4 = 0,119 s

Đáp số

τ = 0,119 s
32.Sơ đồ khối

Đáp số: T(0) = 1,087

Đại số sơ đồ khối: các khối nối tiếp thì nhân (G₁·G₂), các khối song song thì cộng (G₁ + G₂), và một vòng có đường thuận G và đường hồi tiếp H rút gọn thành T = G/(1 + G·H) với hồi tiếp âm và G/(1 − G·H) với hồi tiếp dương. Rút gọn các vòng bên trong trước, rồi làm dần ra ngoài. Các cực vòng kín là nghiệm của phương trình đặc trưng 1 + G(s)H(s) = 0. Với vòng ổn định, đầu vào bậc thang có độ lớn A cho đầu ra xác lập A·T(0); với hồi tiếp đơn vị, sai số xác lập đối với bậc thang là A/(1 + Kp) với Kp = G(0).

Vòng trong

Gᵢ = G₂/(1 + G₂H₁) = 10/(s + 18)

Vòng ngoài

T(s) = G₁Gᵢ/(1 + G₁GᵢH₂) = 100/((s + 4)(s + 18) + 20)

Độ lợi DC

T(0) = 100/(4·18 + 20) = 100/92 = 1,087

Đáp số

T(0) = 1,087
33.Đáp ứng bước

Đáp số: ζ = 0,4523

Đáp ứng bước: một hệ bậc nhất G(s) = K/(τs + 1) đáp ứng với một bước nhảy có biên độ U là y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): nó đạt 63,2 % giá trị cuối K·U sau một hằng số thời gian τ và 98 % sau 4τ. Một hệ bậc hai G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) có các cực s = −ζωₙ ± jωd với ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Với 0 < ζ < 1, đáp ứng bước có độ vọt lố: độ vọt lố phần trăm %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), thời gian đỉnh tp = π/ωd, và thời gian xác lập 2 % ts ≈ 4/(ζωₙ). So sánh mẫu số với s² + 2ζωₙs + ωₙ² để suy ra ωₙ và ζ. Với hệ khối lượng–lò xo–giảm chấn ωₙ = √(k/m) và ζ = c/(2√(km)); với mạch RLC nối tiếp ωₙ = 1/√(LC) và ζ = (R/2)·√(C/L).

So sánh với dạng chuẩn

Mẫu số phải khớp với s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 99 → ωₙ = 9,95 rad/s
2ζωₙ = 9 → ζ = 9/(2·9,95) = 0,4523

Kết quả

ζ = 0,4523

Đáp số

ζ = 0,4523
34.Đáp ứng bước

Đáp số: ts = 2 s

Đáp ứng bước: một hệ bậc nhất G(s) = K/(τs + 1) đáp ứng với một bước nhảy có biên độ U là y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): nó đạt 63,2 % giá trị cuối K·U sau một hằng số thời gian τ và 98 % sau 4τ. Một hệ bậc hai G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) có các cực s = −ζωₙ ± jωd với ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Với 0 < ζ < 1, đáp ứng bước có độ vọt lố: độ vọt lố phần trăm %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), thời gian đỉnh tp = π/ωd, và thời gian xác lập 2 % ts ≈ 4/(ζωₙ). So sánh mẫu số với s² + 2ζωₙs + ωₙ² để suy ra ωₙ và ζ. Với hệ khối lượng–lò xo–giảm chấn ωₙ = √(k/m) và ζ = c/(2√(km)); với mạch RLC nối tiếp ωₙ = 1/√(LC) và ζ = (R/2)·√(C/L).

Hàm truyền vòng kín

T(s) = 75/(s² + 4s + 75): ωₙ = 8,66 rad/s, ζ = 0,2309

Thời gian xác lập

ζωₙ = 4/2 = 2
ts ≈ 4/(ζωₙ) = 2 s

Đáp số

ts = 2 s

Với vòng này ζωₙ = a/2 bất kể K bằng bao nhiêu: tăng K làm tăng độ vọt lố nhưng không rút ngắn thời gian xác lập.

35.Biểu đồ Bode và độ dự trữ

Đáp số: |G(jω)| = −8,971 dB

Đáp ứng tần số: thay s = jω vào hàm truyền. Độ lớn theo decibel là 20·log₁₀|H(jω)| và pha là tổng các góc của các nhân tử ở tử trừ đi các góc của các nhân tử ở mẫu. Một bộ lọc RC hoặc RL bậc nhất có tần số góc (−3 dB) tại ωc = 1/(RC) hoặc R/L, và fc = ωc/(2π); bộ lọc thông thấp cho |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) và φ = −atan(ω/ωc). Trong biểu đồ Bode tiệm cận (đường thẳng), mỗi cực bẻ độ lớn xuống 20 dB/decade tại tần số góc của nó, mỗi điểm không bẻ nó lên 20 dB/decade, và một bộ tích phân 1/s cho −20 dB/decade ở mọi tần số. Tần số cắt biên ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); độ dự trữ pha PM = 180° + ∠L(jωc). Tần số cắt pha ω180: ∠L(jω) = −180°; độ dự trữ biên GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Vòng kín ổn định khi cả hai độ dự trữ đều dương.

Nhân các độ lớn

|G(j20)| = 180/(√(20² + 3²)·√(20² + 15²)) = 180/(20,22·25) = 0,356

Kết quả

20·log₁₀(0,356) = −8,971 dB

Đáp số

|G(jω)| = −8,971 dB
36.Biểu đồ Bode và độ dự trữ

Đáp số: K = 54,6

Đáp ứng tần số: thay s = jω vào hàm truyền. Độ lớn theo decibel là 20·log₁₀|H(jω)| và pha là tổng các góc của các nhân tử ở tử trừ đi các góc của các nhân tử ở mẫu. Một bộ lọc RC hoặc RL bậc nhất có tần số góc (−3 dB) tại ωc = 1/(RC) hoặc R/L, và fc = ωc/(2π); bộ lọc thông thấp cho |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) và φ = −atan(ω/ωc). Trong biểu đồ Bode tiệm cận (đường thẳng), mỗi cực bẻ độ lớn xuống 20 dB/decade tại tần số góc của nó, mỗi điểm không bẻ nó lên 20 dB/decade, và một bộ tích phân 1/s cho −20 dB/decade ở mọi tần số. Tần số cắt biên ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); độ dự trữ pha PM = 180° + ∠L(jωc). Tần số cắt pha ω180: ∠L(jω) = −180°; độ dự trữ biên GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Vòng kín ổn định khi cả hai độ dự trữ đều dương.

Tần số cắt pha

(ω/6)·(ω/7) = 1 → ω180 = √(6·7) = 6,481 rad/s

Độ lớn tại tần số cắt pha

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 36)·√(ω² + 49)) = K/(6·7·(6 + 7)) = K/546

Độ khuếch đại yêu cầu

546/K = 1020/20 = 10
K = 546/10 = 54,6

Đáp số

K = 54,6
37.Ổn định: Routh–Hurwitz và quỹ đạo nghiệm

Đáp số: N = 2

Tiêu chuẩn Routh–Hurwitz: một hệ tuyến tính ổn định khi mọi nghiệm của đa thức đặc trưng của nó nằm ở nửa trái của mặt phẳng s. Viết các hệ số xen kẽ vào hai hàng đầu tiên của bảng Routh. Mỗi phần tử của một hàng mới đến từ hai hàng phía trên nó; với đa thức bậc ba a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ phần tử s¹ là b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. Số lần đổi dấu trong cột đầu tiên bằng số nghiệm ở nửa mặt phẳng phải. Với độ lợi K trong các hệ số, mọi phần tử của cột đầu phải dương: độ lợi làm phần tử s¹ bằng không là giới hạn ổn định, và hàng s² khi đó cho tần số của dao động duy trì.

Đa thức đặc trưng

s³ + 12s² + 20s + 720 = 0

Bảng Routh

s³: 1, 20
s²: 12, 720
s¹: −40
s⁰: 720

Số lần đổi dấu trong cột đầu tiên

1 → 12 → −40 → 720
N = 2

Đáp số

N = 2

Độ lợi vượt quá giới hạn K = 240, nên một cặp phức đã vượt sang nửa mặt phẳng phải.

38.Ổn định: Routh–Hurwitz và quỹ đạo nghiệm

Đáp số: sb = −0,9028

Quỹ đạo nghiệm số: khi độ lợi K đi từ 0 đến ∞, các cực vòng kín, tức các nghiệm của 1 + K·G(s) = 0, di chuyển từ các cực vòng hở đến các điểm không vòng hở hoặc đến vô cực. Một điểm trên trục thực thuộc quỹ đạo khi số cực và điểm không thực ở bên phải nó là số lẻ. n − m nhánh đi đến vô cực theo các đường tiệm cận ở các góc (2q + 1)·180°/(n − m), xuất phát từ trọng tâm σₐ = (Σ cực − Σ điểm không)/(n − m). Các nhánh rời hoặc nhập vào trục thực tại nơi dK/ds = 0. Điều kiện góc ∠G(s) = 180° quyết định hình dạng, và điều kiện biên độ K = 1/|G(s)| cho độ lợi tại bất kỳ điểm nào của quỹ đạo.

Độ lợi dọc theo trục thực

K(s) = −s(s + 2)(s + 6) = −(s³ + 8s² + 12s)

Các điểm dừng

dK/ds = −(3s² + 16s + 12) = 0
s = (−16 ± √(256 − 144))/6 = −0,9028, −4,431

Chọn điểm trên quỹ đạo

Quỹ đạo nằm trên trục thực giữa 0 và −2; nghiệm còn lại không thuộc quỹ đạo.

sb = −0,9028

Đáp số

sb = −0,9028
39.Sai số xác lập và điều khiển PID

Đáp số: ess = 6

Sai số xác lập: trong một vòng phản hồi đơn vị với hàm truyền vòng hở G(s), sai số là E(s) = R(s)/(1 + G(s)), và theo định lý giá trị cuối ess = lims→0 s·E(s). Loại của hệ là số cực của G(s) tại s = 0. Các hằng số sai số là Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) và Ka = lim s²·G(s), đều với s → 0. Một bước nhảy có độ lớn A cho ess = A/(1 + Kp), một tín hiệu dốc A·t cho A/Kv và một parabol A·t²/2 cho A/Ka. Một vòng loại 0 bám theo bước nhảy với sai số hữu hạn, một vòng loại 1 bám theo nó chính xác và bám theo tín hiệu dốc với sai số hữu hạn.

Hằng số vận tốc

Kv = lim s·G(s) = 0,5

Sai số tín hiệu dốc

ess = 3/0,5 = 6

Đáp số

ess = 6
40.Sai số xác lập và điều khiển PID

Đáp số: ess = 1

Điều khiển P, PI và PID: bộ điều khiển C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s tác động lên sai số. Một độ lợi tỉ lệ làm vòng nhanh hơn và giảm sai số của đối tượng loại 0, nhưng không bao giờ loại bỏ nó. Thành phần tích phân thêm một cực tại s = 0: loại của hệ tăng thêm một, và một bước nhảy được bám theo không có sai số. Thành phần vi phân thêm sự cản. Để chọn các độ lợi, viết đa thức đặc trưng vòng kín và so sánh nó với s² + 2ζωns + ωn². Khi đó %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd với ωd = ωn√(1 − ζ²), và ts ≈ 4/(ζωn).

Hằng số vận tốc

s·C(s) = 1s + 4 → 4 khi s → 0.

Kv = 4·5/20 = 1

Sai số tín hiệu dốc

ess = 1/1 = 1

Đáp số

ess = 1

Bộ điều khiển PI loại bỏ hoàn toàn sai số bước nhảy; một tín hiệu dốc được bám theo với độ trễ không đổi.

Đây là tài liệu luyện tập độc lập. ExamProblems không liên kết với hay được xác nhận bởi tổ chức tổ chức kỳ thi này, và tên kỳ thi chỉ được dùng để mô tả nội dung. Kỳ thi FE exam do NCEES tổ chức; tổ chức này không liên kết với ExamProblems và không bảo trợ nó.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-electrical