接地与去耦问题的三个电路
硬件工程师笔记 2024-08-02

刚看完了ADI三篇“接地与去耦”的相关文档,每篇文档结尾,作者都出了一道小电路题。觉得这三道题很好玩,就把求解过程都整理到这里了。先从简单的再到稍微麻烦的,就像做试卷一样,先把简单的做好,看到了一些成果,就更有信心往下做了。

一、题目1

这道题很简单,关键在于我们是否知道电容串并联的计算方法。电容串联的算法类似电阻并联,电容并联的算法类似电阻串联。三个12uF电容串联总电容为4uF。两个4uF电容并联为8uF。现在剩下的电容拓扑为,一个4uF与两个串联的8uF电容并联在一起,因此Cin8uF。实际上,去年我设计的TIA电路就忘了这个知识点,当时的Cf由两个电容串联在一起,由于刚好算错,所以紧接着带宽也算错了,测试时才意识到。

1 心算该网络等值输入电容Cin

二、题目2

看到两个电压源,首先想到的就是叠加法。要计算1.5V提供的电流,那么只要把箭头处的节点电压计算出来即可。我们把过程图画出来,参见图3和图4

2 1.5V需向电路提供多少电流?

先看图3,我们需要从右边往左看,9V短路后剩下R5R73K我们可以看成是两个6K并联,那么现在就是36K并联了,等值电阻为2K2K和两个1K串联,那么等值电阻为4K。两个4K电阻并联,等职电阻为2K现在就是两个电阻分压了,一个3K,一个2K,所以Vo1=0.6V仿真结果同样是0.6V,可以继续了。

3 9V电源置零(叠加法置零电压源就是短路,置零电流源是开路)

现在轮到求Vo2。可能我的计算方法不是最简单的,因为这次计算Vo2稍微有些麻烦了。用节点电压法,通过很繁琐的计算,最终可以得到Vo20.9V。跟仿真结果一样。

4 1.5V电压源置零

那么Vo=Vo1+Vo2=0.6V+0.9V=1.5VR1两边都是1.5V的话,那么R1是没有电流流过的,参见图5因此答案为1.5V电源流出电流为0A

5 总电路图

翻看作者的答案,果然,我们用的方法不是最简单的。他这里直接用的戴维南等效方法,先把右边网络化简,接下来就容易多了。关键是右边回路的戴维南等效不太常见,这次学到了。参见图6和图7

6 原答案

7 原答案

三、题目3

这里是用电荷守恒定理,SARADC的反冲电压就是这么计算得到的。我们只计算一个即可,先闭合S1再闭合S2,求该电容的最终电压。

闭合S1S2之前,1uF/1V的电荷Q=CV=1uC1uF/3V的电荷Q=CV=3uC2uF/6V的电荷Q=CV=12uC

先闭合S1,那么总电荷Q=4uC,电容并联后为2uF,所以这部分电容电压为V=Q/C=4/2=2V

再闭合S2,那么总电荷Q=4+12=16uC,电容并联后为4uF所以该电容总电压为V=Q/C=16/4=4V

实际上这里跟开关闭合顺序是没有关系的,电容最终电压总是4V。这里假设了电容是理想的,无损耗。

8 题目3

四、总结

这三道题都核对过答案了,没有问题。第二道题我们的解法没有答案更简洁,虽然结果没有问题。从答案中学到了遇到电压源电阻网络,其实都可以先考虑戴维南等效,看是否可以简化计算。 

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