Näide elektrooniliste süsteemide aruteluküsimustest
Elektroonikasüsteemidel on oluline roll tänapäeva elu erinevates sektorites, alates kommunikatsioonist ja tööstusest kuni meditsiinini. Elektroonikasüsteemide põhimõistete ja rakenduste põhjalik mõistmine on ülioluline nii õpilastele kui ka praktikutele, kes soovivad selles valdkonnas teadmisi omandada. See artikkel esitab mitu näidisprobleemi ja arutelu elektroonikasüsteemide kohta, mis loodetavasti pakuvad teadmisi ja aitavad õppeprotsessi.
1. Näidisprobleem: RC madalpääsfiltri vooluring
Küsimus:
Antud on RC madalpääsfiltri vooluring, mille takistus (R) on 1 kΩ ja mahtuvus (C) on 100 nF. Arvuta filtri piirsagedus.
Arutelu:
RC madalpääsfiltri piirsagedust (f_c) saab arvutada järgmise valemi abil:
[f_c = \frac{1}{2 \pi RC}]
Nanofaradide mahtuvuse väärtuse teisendamisel faraadideks:
\[C = 100nF = 100 korda 10^{-9} F \]
Nüüd asendame R ja C väärtused valemisse:
\[f_c = \frac{1}{2 \pi (1 × 10^3)(100 × 10^{-9})} \]
\[f_c = \frac{1}{2 \pi \times 10^{-4}} \]
\[f_c \umbes \frac{1}{6.28 \korda 10^{-4}} \]
\[f_c \umbes 1591.55 Hz \]
Seega on selle filtri piirsagedus umbes 1591.55 Hz.
2. Näidisküsimus: Operatsioonvõimendite (Op-Amp) võimendus
Küsimus:
Mitteinverteeriva operatsioonvõimendi kasutamisel, mille väärtused on R1 = 1kΩ ja R2 = 10kΩ, arvutage vooluahela võimendus.
Arutelu:
Mitteinverteeriva operatsioonvõimendi võimendus arvutatakse järgmise valemi abil:
\[ Kasv(A) = 1 + \frac{R2}{R1} \]
Antud R1 ja R2 väärtustega:
\[A = 1 + \frac{10k\Omega}{1k\Omega} \]
\[A = 1 + 10 \]
\[ A = 11 \]
Ülaltoodud tulemuste põhjal on selle mitteinverteeriva operatsioonvõimendi võimendus 11-kordne.
3. Näidisküsimus: digitaalne süsteem signaaliloteriiga
Küsimus:
Viieharuline digitaalsignaal tekitab kahendkoodi mustri 01101. Arvutage kahendkoodi mustri vastav kümnendväärtus.
Arutelu:
Binaarkoodi kümnendkoodiks teisendamiseks saame kasutada kahe astmega korrutamise meetodit. Iga binaarnumber korrutatakse kahega ja tõstetakse astmeni, mis vastab selle positsioonile paremalt vasakule, alustades astmest 0.
Binaarset mustrit 01101 saab arvutada järgmiselt:
\[0 \korda 2^4 + 1 \korda 2^3 + 1 \korda 2^2 + 0 \korda 2^1 + 1 \korda 2^0 \]
Saage:
\[0 \korda 16 + 1 \korda 8 + 1 \korda 4 + 0 \korda 2 + 1 \korda 1 \]
\[ = 0 + 8 + 4 + 0 + 1 \]
\[ = 13 \]
Seega on binaarmustri 01101 kümnendväärtus 13.
4. Näidisküsimus: täislaine alaldi vooluring
Küsimus:
Kasutades täislainelalaldiga ühendatud astmemaandustrafot, mis vähendab pinget 240 V vahelduvvoolult 24 V vahelduvvoolule, arvutage saadud alalispinge ideaalse dioodi korral (pingelanguseta).
Arutelu:
Täislainelalaldi muundab vahelduvvoolu alalisvooluks, alaldades kogu vahelduvvoolutsükli. Täislainelalaldi tekitatud alalispinget saab määrata alalditud lainekuju keskmise pinge arvutamise teel.
Ideaalse dioodi ja sisendpinge (väljundtrafo) efektiivväärtuse korral on eelpingestatud täislainelaengu väljundpinge:
\[ V_{DC} \umbes \frac{2V_{RMS}}{\pi} \]
Siin on RMS-pinge 24 V.
\[V_{DC} \umbes \frac{2 \times 24}{3.14} \]
\[ V_{DC} \umbes \frac{48}{3.14} \]
\[ V_{DC} \umbes 15.29 V \]
Seega on saadud alalisvoolupinge umbes 15.29 V.
5. Näidisküsimus: LC-resonantsahela paralleelne kombineerimine
Küsimus:
Määrake LC-võnkeringi resonantssagedus \(f_r \), mis koosneb induktiivpoolist L = 10 mH ja kondensaatorist C = 10 µF.
Arutelu:
Paralleelse LC-ahela resonantssagedus (\(f_r \)) arvutatakse järgmise valemi abil:
[f_r = \frac{1}{2 \pi \qrt{LC}}]
L ja C väärtuste teisendamine Henry ja Faradi ühikuteks:
\[L = 10mH = 10 korda 10^{-3}H \]
\[C = 10µF = 10 × 10^{-6}F \]
Asendage valemis L ja C:
\[f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{(10 \times 10^{-3})(10 \times 10^{-6})}} \]
\[f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{10 \times 10^{-9}}} \]
[f_r = \frac{1}{2 \pi \qrt{10^{-8}}}]
\[f_r = \frac{1}{2 \pi × 10^{-4}} \]
[f_r = \frac{10^4}{2 \pi}]
\[f_r \umbes \frac{10^4}{6.28} \]
\[f_r \umbes 1591.55 Hz \]
Seega on selle LC-ahela resonantssagedus umbes 1591.55 Hz.
Järeldus
Ülaltoodud näidisülesannete arutelust oleme näinud, kuidas elektroonika põhiprintsiipide rakendamine aitab meil mõista ja lahendada valdkonnas esinevaid levinud probleeme. Mõistete mõistmine ja pidev harjutamine on elektroonikasüsteemide valdamiseks hädavajalikud. Loodetavasti aitab see artikkel lugejatel paremini mõista, kuidas arvutada komponente ja elektroonikasüsteemide põhiomadusi, võimaldades neil neid seega oma õpingutes ja töökohal rakendada.
