Кіріспе

Коммутаторлы конденсатор (КК) - электронды коммутаторлар ашылып жабылғанда зарядтарды конденсаторларға кіргізу және шығару арқылы функцияны жүзеге асыратын электронды схема. Әдетте, барлық коммутаторлардың бір мезгілде жабылып қалмауы үшін, коммутаторларды басқару үшін бір-біріне жабыспайтын сағат сигналдары қолданылады. Осы элементтермен іске асырылған сүзгілер конденсаторлы сүзгілер деп аталады, олар нақты кедергілерге емес, тек сыйымдылықтар мен коммутациялық жиілік арасындағы қатынастарға байланысты. Бұл оларды интегралдық схемалардағы қолдануға қолайлы етеді, онда дәл белгіленген резисторлар мен конденсаторларды жасау экономикалық емес, бірақ дәл сағаттар мен емделушіліктің нақты салыстырмалы қатынастары экономикалық. SC схемалары әдетте металл оксид жартылай өткізгіш (MOS) технологиясын қолдана отырып, MOS конденсаторлары мен MOS өрістік эффектті транзистор (MOSFET) коммутаторларымен іске асырылады және олар әдетте қосымша MOS (CMOS) процесін қолдана отырып жасалады. MOS SC схемаларының жалпы қолданылуларына аралас сигнал интегралды схемалары, цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC) чиптері, аналогтық-цифрлық түрлендіргіш (ADC) чиптері, импульстік кодты модуляциялау (PCM) кодек сүзгілері және PCM цифрлық телефониясы жатады.

Нақты резистормен айырмашылық

Заряд үнемі емес, дискретті импульстер түрінде сыртқа беріледі. Бұл беріліс кернеудің эквивалентті үздіксіз жүктеме берілісіне жуықталады, егер коммутациялық жиілік кіріс сигналының жолағынан жеткілікті жоғары (≥100x) болса. Мұнда нөлдік кедергісі бар идеалдық коммутаторларды пайдалана отырып үлгіленген SC схемасы қалыпты резистордың Омдық жылу энергиясын жоғалтпайды, сондықтан идеалдық түрде жоғалтусыз резистор деп атауға болады. Алайда, шынайы коммутаторлардың арнасында немесе pn түйіспелерінде кішкене кедергі бар, сондықтан қуат әлі де таратылады. Электрлік қосқыштардың ішіндегі кедергі, әдетте, тұрақты кедергілерге негізделген схемадағы кедергілерден әлдеқайда кіші болғандықтан, SC схемаларында Джонсон-Найквист шуы едәуір төмен болуы мүмкін. Алайда, коммутациялық жиіліктің гармоникасы төменгі өту сүзгісімен әлсірету қажет болатын жоғары жиілікті шу түрінде көрінуі мүмкін. SC симуляцияланған резисторлардың артықшылығы - олардың эквивалентті кедергісін коммутациялау жиілігін өзгерту арқылы (яғни, ол бағдарламаланатын кедергі) коммутациялау кезеңінің шешімімен шектелген шешіммен реттеуге болады. Осылайша, желідегі немесе жұмыс уақытында реттеуді коммутаторлардың тербелісін басқару арқылы (мысалы, микробасқарушыдан конфигурацияланатын сағаттық шығыс сигналын пайдалану арқылы) жүзеге асыруға болады.

Қолданбалар

SC симуляциялық резисторлар интегралдық схемаларда нақты резисторлардың орнына қолданылады, өйткені оларды сенімді түрде кең ауқымдағы мәндермен жасау оңайырақ және кремнийдің аумағын әлдеқайда аз алады. Осы контур дискретті уақыт жүйелерінде (мысалы, ADC) үлгі және ұстап тұру контурлары ретінде пайдаланылуы мүмкін. Керек сағат фазасында конденсатор S1 коммутаторы арқылы аналогты кернеуді сынамалайды және екінші фазада бұл алынған сынамалық мәнді S2 коммутаторы арқылы өңдеу үшін электрондық схемаға ұсынады.

Сүзгілер

Резисторлар мен конденсаторлардан тұратын электрондық сүзгілердің резисторлары эквивалентті коммутацияланған конденсатордың симуляцияланған резисторларымен ауыстырылуы мүмкін, бұл сүзгілерді шынайы резисторларға сүйенбей, тек коммутаторлар мен конденсаторларды пайдалану арқылы жасауға мүмкіндік береді.

Паразиттерге бейім интегратор

Коммутацияланған конденсатордың симуляциялық резисторлары кернеуді нақты арттыру мен интеграциялауды қамтамасыз ету үшін операциялық күшейткіш интегратордағы кіріс резисторларын алмастыра алады. Бұндай схемалардың ең алғашқыларының бірі - чех инженері Бедрич Хостичка әзірлеген паразиттік сезімтал интегратор.

Дискретті уақыт жүйелерінде қолдану

Келесі паразиттік сезімсіз интеграторды біквад фильтрлер, анти-алиас құрылымдар және дельта-сигма деректерді түрлендіргіштер сияқты дискретті уақыт электронды схемаларында кеңінен қолданады. Бұл схема келесі z доменді функциясын іске асырады:

Сандық-аналогтық түрлендіргіш

Конденсаторлы конденсаторлардың бір пайдалы ерекшелігі - оларды бір уақытта көптеген контурлық тапсырмаларды орындауға қолдануға болады, бұл дискретті емес уақыт компоненттерімен (яғни аналогты электроника) қиын. Сандық-аналогтық түрлендіргіш (MDAC) - аналогтық кіруді ала отырып, оған сандық мәнді қоса алады және оны конденсатор қатынастарына негізделген кейбір фактормен көбейтеді. MDAC шығысы келесідей беріледі: MDAC - қазіргі заманғы құбыр желісі аналогты цифрлық конвертерлер мен басқа да дәлдікті аналогтық электрониканың жалпы компоненті және оны жоғарыда көрсетілген түрде Стивен Льюис және басқалар Bell Laboratories-те алғаш жасады.

Конденсаторлардың контурларын талдау

Конденсаторлардың ауыстырылған контурлары осы мақалада көрсетілгендей зарядты сақтау теңдеулерін жазып, оларды компьютерлік алгебра құралымен шешу арқылы талданады. Қолды талдау және контурларды көбірек түсіну үшін, коммутацияланған конденсаторлар мен үздіксіз уақыт контурлары үшін өте ұқсас әдіспен сигнал ағыны графигін талдау мүмкін.