Co to jest kondensator przełączany?

Kondensator przełączany to element elektroniczny lub, bardziej poprawnie, obwód elektroniczny lub moduł zwykle składający się z kondensatora i dwóch przełączników używanych do symulowania innych elementów w układzie scalonym (IC). Rezystor jest jednym z najczęściej symulowanych komponentów; rezystory są zwykle zbyt duże i niedokładne, aby można je było włączyć do mikroukładów scalonych. Moduł z przełączanymi kondensatorami jest powszechnie używany w aplikacjach do przetwarzania dyskretnego sygnału czasowego i filtrowania częstotliwości głosu. Funkcje te są możliwe dzięki unikalnej charakterystyce obwodów, w których ładunki elektryczne są naprzemiennie przenoszone do i z kondensatorów.

Zdolność obwodów przełączanych kondensatorów do symulowania rezystancji w dowolnym zastosowaniu była niezwykle korzystna dla przemysłu elektronicznego, ponieważ umożliwiła produkcję bardziej złożonych obwodów scalonych w mniejszych obudowach. Konwencjonalne rezystory są szczególnie problematyczne w dziedzinie układów scalonych ze względu na ich fizyczne rozmiary i różnice w wartościach rezystancji występujące w różnych seriach produkcyjnych. Z drugiej strony przełączniki kondensatora i półprzewodnika z tlenkiem metalu (MOS) stosowane w przełączanym module kondensatora są niezwykle kompaktowe i bardzo stabilne pod względem ich wartości i tolerancji.

Te cechy zapewniają niezwykle kompaktowe i dokładne obwody wewnętrzne dla mikroprocesorów i układów scalonych. Inną zaletą obwodów z przełączanymi kondensatorami jest fakt, że zastosowanie tych modułów, w przeciwieństwie do konwencjonalnych rezystorów, pozwala projektantom obwodów na włączenie pewnego stopnia dostrojenia częstotliwości w zastosowaniach z aktywnymi filtrami. To strojenie uzyskuje się poprzez zmianę częstotliwości zegara lub tempa przełączania obwodu.

Rzeczywistą wartość charakterystyki oszczędzania miejsca przez przełączany moduł kondensatora można zobaczyć, gdy weźmie się pod uwagę, że rezystancja 1 MΩ może być symulowana za pomocą malutkiego kondensatora 10 pF przełączanego z częstotliwością zegara 100 kHz. Gdyby w tym zastosowaniu miał być użyty normalny rezystor, cały obwód byłby wielokrotnie większy od tego, w którym zastosowano moduł kondensatora. Na przykład filtr kondensatorowy z przełączaniem dolnoprzepustowym o wartości 100 Hz będzie wymagał rezystancji 16 MΩ, co jest oczywiście niemożliwe do osiągnięcia przy użyciu zwykłego rezystora.

Postępy w technologii programowalnych układów analogowych obserwowane w ciągu ostatniej dekady nie byłyby możliwe bez korzyści płynących z zastosowania przełączanych modułów kondensatorów. Znaczące ulepszenia w dziedzinie filtrów wielobiegunowych i technologii przetworników analogowo-cyfrowych nie byłyby również możliwe, biorąc pod uwagę fizyczną masę, nieliniową i niespójną naturę konwencjonalnych rezystorów. Te punkty sprawiają, że przełączany kondensator jest jednym z najważniejszych postępów w dziedzinie komponentów elektronicznych od czasu wprowadzenia tranzystora.