7.2. Ис на переключаемых конденсаторах

Из теории цепей известно, что на основе R, C элементов и усилителей можно построить аналоговые узлы с любыми амплитудно- и фазо-частотными характеристиками. Однако интегральная технология не позволяет изготовить R и С элементы с большим сопротивленеием и ёмкостью, точность и стабильность их параметров очень невелика.

Указанная проблема успешно решается в ИС на переключаемых конденсаторах.

Рассмотрим цепь на рис. 56. Здесь транзисторные ключи S1и S2, изготовление которых сложности не представляет, управляются так, что их состояния поочерёдно изменяются. Конденсатор С может обладать очень маленькой ёмкостью и поэтому его изготовление в виде МДП конденсатора трудности не представляет.

Рис. 56

Когда S1 замкнут, происходит заряд емкости С. Когда S1 разомкнут, возникает некоторый ток разряда. В результате от входа к выходу протекает некоторый средний ток. Можно доказать, что если изменение состояний происходит с большой тактовой частотой f_c, то такая цепь ведёт себя как активное сопротивление со средней величиной R_экв = 1/ С ∙ f_c. Эффектом квантования, непостоянства сопротивления можно пренебречь, если тактовая частота f_c намного превышает частоты сигналов, подвергающихся обработке в цепях с такими R.

Сопротивление таких «резисторов» тем больше, чем меньше емкость С, и чем выше тактовая частота. То и другое облегчает изготовление ИС.

Фундаментальным свойством RC-цепей является также то, что вид и параметры их АЧХ и ФЧХ определяется не столько абсолютными величинами R и С, сколько постоянными времени τ RC-цепочек. Рассмотрим, например, интегрирующую RC-цепочку, рис.57,а. Её постоянная времени

Рис. 57,а Рис. 57,б

определяется выражением τ = RC. Если резистор такой цепочки заменить на эквивалентный «резистор» с переключаемым конденсатором, рис. 57,б, получим:

τ = R_эквC = С₂ / С₁f_c (20).

Таким образом, в ИС на переключаемых конденсаторах необходимые АЧХ и ФЧХ можно получить при использовании только удобных для изготовления в ИС элементов: МДП-конденсаторов с малой ёмкостью, транзисторных ключей, усилителей и генераторов тактовой частоты. Параметры таких ИС зависят от отношений ёмкостей МДП-конденсаторов, которые отличаются высокой точностью и стабильностью. Изготовление тактового генератора с точной и стабильной частотой также является типовой, успешно решаемой задачей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Власов В.П., Каравашкина В.Н. Физические основы электроники:

Учебное пособие для вузов. МТУСИ, 2016.- 70 с.

2. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника / Под ред. Н.Д. Фёдорова. – М.,Радио и связь, 1998.

3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М., Сов. радио,1980. – 423 с.

4. Власов В.П., Каравашкина В.Н. Практикум по курсу «Физические основы электроники» 2015г.

5. Смирнов Ю.А., Соколов С.В., Титов Е.В., Физические основы электроники: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Лань, 2013. – 599с.

6. Шишкин Г.Г., Шишкин А. Г., Электроника. Учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2009. – 704с.