Language
Country/Area
No result found
السر المذهل وراء دوائر المكثفات المبدلة: كيف تحاكي المقاومات؟
يعتمد مبدأ دوائر المكثف المبدلة على تحريك الشحنة عبر المكثف أثناء فتح المفتاح وإغلاقه. تستخدم هذه التقنية إشارات ساعة غير متداخلة للتحكم في المفاتيح، مما يضمن عدم إغلاق مفتاحين في نفس الوقت. وهذا يجعل تصميم مرشحات المكثفات المبدلة أبسط وأكثر كفاءة، حيث تعتمد على نسبة السعة إلى تردد التبديل بدلاً من طلب قيم مقاومة دقيقة.
عادةً، يتم تنفيذ دوائر SC باستخدام تقنية أشباه الموصلات المعدنية والأكسيدية (MOS)، بما في ذلك مكثفات MOS ومفاتيح ترانزستور تأثير المجال MOS (MOSFET).
المبدأ الأساسي لمحاكاة المكثف المبدل
تتكون دائرة المكثف المبدلة الأبسط عادةً من مكثف ومفتاحين يربطان بالتناوب بين مدخل ومخرج المكثف لنقل الشحنة من أحد الطرفين إلى الطرف الآخر عند تردد تبديل محدد. يمكن اعتبار هذه الدائرة بمثابة مقاومة تناظرية، ويمكن التعبير عن مقاومتها المكافئة على النحو التالي:
R_equivalent = 1 / (C_S * f)
حيث C_S هي سعة المكثف، وf هو تردد التبديل. وبشكل أكثر تحديدًا، تتبع العملية علاقة التيار والجهد المشابهة لقانون أوم.
تتمتع دوائر المكثفات المبدلة بالعديد من المزايا المهمة مقارنة بالمقاومات التقليدية. على سبيل المثال، نظرًا لأن المفتاح يقوم بنقل الشحنة في نبضات منفصلة، فإن هذا النهج يمكن أن يقارب عملية المقاومة المستمرة عندما يكون تردد التبديل أعلى بشكل كبير من عرض النطاق الترددي لإشارة الإدخال.
من الناحية النظرية، تعتبر دائرة المكثف المبدلة عبارة عن مقاومة بدون خسارة لأن مبدأ عملها يتجنب فقدان الحرارة في المقاومات التقليدية.
مجالات التطبيق
تستخدم المقاومات التناظرية ذات المكثفات المبدلة على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة لأنها أسهل في التصنيع بشكل موثوق مع مجموعة واسعة من قيم المقاومة وتتطلب مساحة سيليكون صغيرة نسبيًا. يمكن استخدام نفس الدائرة هذه كدائرة أخذ عينات والاحتفاظ بها في أنظمة الوقت المنفصل مثل المحولات التناظرية إلى الرقمية. في مرحلة الساعة المناسبة، يقوم المكثف بأخذ عينات من الجهد التناظري من خلال المفتاح وفي المرحلة الثانية يقوم بإخراج هذه القيمة المأخوذة من العينة من خلال مفتاح آخر إلى دائرة التحكم للمعالجة.
يستبدل المرشح الإلكتروني المقاوم التقليدي بمقاوم مكثف مبدل، مما يسمح بصنع المرشح باستخدام المكثفات والمفاتيح فقط دون الاعتماد على المقاومات الفعلية.
التحسينات والتحديات
على الرغم من أن دوائر المكثفات المبدلة تقدم العديد من المزايا، إلا أنها تقدم أيضًا بعض التحديات، وخاصة بسبب التأثيرات الطفيلية. في الحالات التي تكون فيها السعة الطفيلية كبيرة، قد يتأثر أداء الدائرة، مما دفع المهندسين إلى تطوير تصاميم دوائر غير حساسة للطفيليات.
تُستخدم هذه الدوائر غير الحساسة للطفيليات عادةً في الدوائر الإلكترونية ذات الوقت المنفصل مثل المرشحات التربيعية، وهياكل مكافحة التعرجات، ومحولات البيانات دلتا سيجما. إن تطوير هذه التقنيات من شأنه أن يعزز بشكل أكبر من جدوى دوائر المكثفات المبدلة.
