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Cin为8uF。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。
图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。
图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R5和R7,3K我们可以看成是两个6K并联,那么现在就是3个6K并联了,等值电阻为2K。2K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。
图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Vo2为0.9V。跟仿真结果一样。
图4 1.5V电压源置零
那么Vo=Vo1+Vo2=0.6V+0.9V=1.5V,R1两边都是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。
图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。
图6 原答案
图7 原答案
三、题目3
这里是用电荷守恒定理,SAR型ADC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S1、S2之前,1uF/1V的电荷Q=CV=1uC,1uF/3V的电荷Q=CV=3uC,2uF/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。
图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。