電子工程師面試手記 2 - 一個簡單的DC轉換電路

02-20

在<開篇>中提到的那個問題, 其實是這個照明控制公司的終面問題. 第一輪面試的時候, 我也被問了一個技術問題. 這個問題乍一看特別簡單.

首先從討論DC轉換電路開始. 我們知道AC電壓轉換相對容易, 因為有磁場變化, 所以大抵上改變磁通量就可以改變電壓. 但DC不一樣, 因為DC沒有磁場變化, 所以也就不能用AC變壓的原理來改DC電壓.

我被問到的第一個問題就是介紹一下現有的DC轉換技術. 我是這麼回答的:

用電阻分壓;
LDO;
Buck/Boost 轉換器

其實還有幾個, 我不太記得了...

直接上電路吧.

第一個問題: 如果這個分壓電路的輸入是24V直流, 輸出是5V直流的話, 這兩個電阻應該怎麼取值?

因為輸出的電壓其實就是R_2的電壓, 所以用最簡單的分壓公式算一下就可以得出比值.

$R_2/(R_1+R_2) = 5/24$ -> $R_1/R_2 = 19/5$

所以我們可以看到, 兩個電阻的比值是19比5. 接下去就是確定真實值的步驟了. 考慮到電阻分壓的效率會很低, 所以我故意選擇很大的電阻值來限制電流. 在這一步, 我提出 $R_1$ 是 $190kOmega$ , 而 $R_2$ 是 $50kOmega$ . 這麼取值的話, 其實會有很大的隱患, 但是那時那刻我沒想到.

接下來, 第二個問題是如果在輸出端接上一個 $500Omega$ 的負載, 整個電路會有什麼變化, 以及如何修正?

此時電路變成了這樣:

$R_L = 500Omega$

好了, 問題來了. 因為 $R_L$ 與 $R_2$ 並聯 (讓我姑且把這個新電阻叫 $R_3$ ), 所以這部分電路的阻值會變成 $R_3 = frac{R_2*R_L}{R_2+R_L} = frac{50kOmega*500}{50kOmega+500} = 495Omega$

對, 我沒有漏打一個k. 就是 $495Omega$ . 這時候, 輸出電壓就變成了 $frac{495}{495+190000} = 0.0026$ . 也就是說, 輸出端電壓已經不再是5V了, 而是0.0026*24 = 0.06V.

所以到這裡, 我們必須重新給 $R_1$ 和 $R_2$ 取值. 既然 $R_2$ 不能遠遠大於 $R_L$ , 我們就試試 $R_2 = R_L$ 吧. 讓 $R_1 = 1.9kOmega$ , $R_2 = 500Omega$ 的話...其實也不行, 因為兩個相同阻值的電阻並聯, 等效電阻會直接減半 (讀者們可以自行證明, 就用並聯電阻的計算公式就好啦: $frac{1}{R} = frac{1}{R_1} + frac{1}{R_2}+frac{1}{R_3}...$ ). 也就是說, $R_3$ 是 $250Omega$ , $V_o = frac{250}{250+1900}*24 = 2.79V$

接下去我們只能嘗試讓 $R_2$ 遠小於 $R_L$ 了. 取 $R_1 = 19Omega$ , $R_2 = 5Omega$ , 這時候你會發現有戲, 因為 $R_3 = 4.95Omega$ , 只比原來的值小了10%. $V_o = frac{4.95}{4.95+19}*24 = 4.96V$ , 與期望值非常接近了. 這個方案可以接受.