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El sorprendente secreto detrás de los circuitos con condensadores conmutados: ¿cómo imitan a las resistencias?
En el campo de la ingeniería electrónica, el circuito de condensadores conmutados (circuito SC) se está convirtiendo gradualmente en una tecnología que no se puede ignorar, especialmente en el diseño de circuitos integrados. Este tipo de circuito utiliza interruptores para controlar el proceso de carga y descarga de los capacitores para lograr el efecto de simular resistencias. Con la fusión de circuitos digitales y analógicos, la importancia de los circuitos SC en diversas aplicaciones está aumentando.
El principio de los circuitos de condensadores conmutados se basa en el movimiento de carga a través de un condensador cuando un interruptor se abre y se cierra. Esta técnica utiliza señales de reloj no superpuestas para controlar los interruptores, lo que garantiza que no haya dos interruptores cerrados al mismo tiempo en ningún momento. Esto hace que el diseño de filtros de capacitores conmutados sea mucho más simple y eficiente, ya que se basa en la relación entre la capacitancia y la frecuencia de conmutación en lugar de requerir valores de resistencia precisos.
Principio básico de simulación de resistencia de condensador conmutado El circuito de condensador conmutado más simple generalmente consta de un condensador y dos interruptores que conectan alternativamente la entrada y la salida del condensador para mover la carga de un extremo al otro a una frecuencia de conmutación específica. Un circuito de este tipo puede considerarse como una resistencia analógica y su resistencia equivalente puede expresarse como:Normalmente, los circuitos SC se implementan utilizando tecnología de semiconductor de óxido metálico (MOS), incluidos capacitores MOS e interruptores de transistores de efecto de campo MOS (MOSFET).
R_equivalente = 1 / (C_S * f)
Donde C_S es la capacitancia del capacitor y f es la frecuencia de conmutación. Más específicamente, el proceso sigue una relación corriente-voltaje similar a la ley de Ohm.
El circuito de condensador conmutado se considera teóricamente una resistencia sin pérdidas porque su principio de funcionamiento evita la pérdida de calor de las resistencias tradicionales.
Áreas de aplicación
Las resistencias analógicas de condensadores conmutados se utilizan ampliamente en circuitos integrados porque son más fáciles de fabricar de manera confiable con un amplio rango de valores de resistencia y requieren relativamente poca área de silicio. Este mismo circuito se puede utilizar como circuito de muestreo y retención en sistemas de tiempo discreto como los ADC. En la fase de reloj apropiada, el capacitor muestrea el voltaje analógico a través del interruptor y en la segunda fase envía este valor muestreado retenido a través de otro interruptor al circuito de control para su procesamiento.
Mejoras y desafíosEl filtro electrónico reemplaza la resistencia tradicional por una resistencia de capacitor conmutado, lo que permite realizar el filtro utilizando solo capacitores e interruptores sin depender de resistencias reales.
Si bien los circuitos con capacitores conmutados ofrecen muchas ventajas, también presentan algunos desafíos, especialmente debido a los efectos parásitos. En los casos en que la capacitancia parásita es significativa, el rendimiento del circuito puede verse afectado, lo que ha llevado a los ingenieros a desarrollar diseños de circuitos que sean insensibles a los parásitos.
Estos circuitos insensibles a parásitos se utilizan comúnmente en circuitos electrónicos de tiempo discreto, como filtros cuadráticos, estructuras anti-aliasing y convertidores de datos delta-sigma. El desarrollo de estas tecnologías mejorará aún más la practicidad de los circuitos de condensadores conmutados.
Conclusión: ¿Qué pasará en el futuro?A medida que la tecnología avanza y surgen nuevos componentes electrónicos, los circuitos de condensadores conmutados desempeñarán un papel en cada vez más aplicaciones. No sólo hacen contribuciones importantes para mejorar la eficiencia del circuito, sino que también aportan una mayor flexibilidad de diseño. En el futuro, podemos esperar que este tipo de tecnología se vuelva más frecuente en el diseño de circuitos integrados y encuentre nuevas áreas de aplicación para expandir aún más su potencial. ¿Crees que los circuitos con condensadores conmutados pueden reemplazar a las resistencias tradicionales y convertirse en la corriente principal del diseño de circuitos electrónicos?
