स्विच्ड कैपेसिटर: Difference between revisions

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एक स्विच्ड [[ संधारित्र ]] (SC) एक [[ विद्युत सर्किट ]] है जो [[इलेक्ट्रॉनिक स्विच]] के खुलने और बंद होने पर [[ बिजली का आवेश ]] को कैपेसिटर में और बाहर ले जाकर एक फंक्शन (गणित) को लागू करता है। आमतौर पर गैर-अतिव्यापी [[ घड़ी का संकेत ]] का उपयोग स्विच को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, ताकि सभी स्विच एक साथ बंद न हों। इन तत्वों के साथ लागू किए गए [[इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर]] को 'स्विच्ड-कैपेसिटर फिल्टर' कहा जाता है, जो केवल कैपेसिटेंस और स्विचिंग फ्रीक्वेंसी के बीच के अनुपात पर निर्भर करते हैं, न कि सटीक [[अवरोध]] पर। यह उन्हें [[एकीकृत परिपथ]]ों के भीतर उपयोग के लिए अधिक उपयुक्त बनाता है, जहां सटीक रूप से निर्दिष्ट प्रतिरोधक और कैपेसिटर निर्माण के लिए किफायती नहीं होते हैं।<ref>[http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/FilterBkgrnd/SwitchedCap.html ''Switched Capacitor Circuits''], Swarthmore College course notes, accessed 2009-05-02</ref>
एक स्विचित [[ संधारित्र |संधारित्र]] (एससी) एक [[ विद्युत सर्किट |विद्युत परिपथ]] है जो [[इलेक्ट्रॉनिक स्विच]] के खुलने और बंद होने पर [[ बिजली का आवेश |विद्युत के आवेश]] को संधारित्र में और बाहर ले जाकर फलन (गणित) को लागू करता है। सामान्यतः गैर-अतिव्यापी [[ घड़ी का संकेत |घड़ी के संकेत]] का उपयोग स्विच को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, ताकि सभी स्विच एक साथ बंद न हों। इन अवयवों के साथ लागू किए गए [[इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर|इलेक्ट्रॉनिक निस्यंदन]] को 'स्विचित-संधारित्र निस्यंदन' कहा जाता है, जो मात्र धारिता और स्विचन आवृत्ति के बीच के अनुपात पर निर्भर करते हैं, न कि यथार्थ [[अवरोध]] पर। यह उन्हें [[एकीकृत परिपथ|एकीकृत परिपथों]] के भीतर उपयोग के लिए अधिक उपयुक्त बनाता है, जहां यथार्थ रूप से निर्दिष्ट प्रतिरोधक और संधारित्र निर्माण के लिए मितव्ययी नहीं होते हैं।<ref>[http://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/FilterBkgrnd/SwitchedCap.html ''Switched Capacitor Circuits''], Swarthmore College course notes, accessed 2009-05-02</ref>
एससी सर्किट आमतौर पर [[एमओएस कैपेसिटर]] और एमओएसएफईटी | एमओएस फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एमओएसएफईटी) स्विच के साथ धातु-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (एमओएस) तकनीक का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है, और वे [[पूरक एमओएस]] (सीएमओएस) प्रक्रिया का उपयोग करके आमतौर पर [[ अर्धचालक उपकरण निर्माण ]] होते हैं। एमओएस एससी सर्किट के सामान्य अनुप्रयोगों में मिश्रित-सिग्नल एकीकृत सर्किट, [[डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर]] (डीएसी) चिप्स, [[एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण]] (एडीसी) चिप्स, [[ पल्स कोड मॉडुलेशन ]] (पीसीएम) कोडेक-फिल्टर और पीसीएम [[डिजिटल टेलीफोनी]] शामिल हैं। .<ref name="Allstot">{{cite book |last1=Allstot |first1=David J. |chapter=Switched Capacitor Filters |editor-last1=Maloberti |editor-first1=Franco |editor-last2=Davies |editor-first2=Anthony C. |title=A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing |date=2016 |publisher=[[IEEE Circuits and Systems Society]] |isbn=9788793609860 |pages=105-110 |url=https://ieee-cas.org/sites/default/files/a_short_history_of_circuits_and_systems-_ebook-_web.pdf}}</ref>


एससी परिपथ सामान्यतः [[एमओएस कैपेसिटर|एमओएस संधारित्र]] और एमओएसएफईटी स्विच के साथ धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) तकनीक का उपयोग करके कार्यान्वित किए जाते हैं, और वे सामान्यतः [[पूरक एमओएस]] (सीएमओएस) प्रक्रिया का उपयोग करके [[ अर्धचालक उपकरण निर्माण |अर्धचालक उपकरण निर्माण]] किए जाते हैं। एमओएस एससी परिपथ के सामान्य अनुप्रयोगों में मिश्रित-संकेत एकीकृत परिपथ, [[डिज़िटल से एनालॉग कन्वर्टर|डिज़िटल से अनुरूप परिवर्त्तक]] (डीएसी) चिप्स, [[एनॉलॉग से डिजिटल परिवर्तित करने वाला उपकरण|एनॉलॉग से अंकीय परिवर्तित करने वाले उपकरण]] (एडीसी) चिप्स, [[ पल्स कोड मॉडुलेशन |स्पंद कोड मॉडुलन]] (पीसीएम) कोडेक-निस्यंदन और पीसीएम [[डिजिटल टेलीफोनी|अंकीय टेलीफोनी]] सम्मिलित हैं।<ref name="Allstot">{{cite book |last1=Allstot |first1=David J. |chapter=Switched Capacitor Filters |editor-last1=Maloberti |editor-first1=Franco |editor-last2=Davies |editor-first2=Anthony C. |title=A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing |date=2016 |publisher=[[IEEE Circuits and Systems Society]] |isbn=9788793609860 |pages=105-110 |url=https://ieee-cas.org/sites/default/files/a_short_history_of_circuits_and_systems-_ebook-_web.pdf}}</ref>


== एक स्विच-कैपेसिटर == का उपयोग करके समानांतर अवरोधक सिमुलेशन
== एक स्विच-संधारित्र का उपयोग करके समानांतर अवरोधक अनुकरण ==
[[File:Schematic of switching capacitor.svg|right|thumb|स्विच्ड-कैपेसिटर रोकनेवाला]]सबसे सरल स्विच्ड-कैपेसिटर (SC) सर्किट एक कैपेसिटर से बना होता है <math>C_S</math> और दो स्विच एस{{sub|1}} और एस{{sub|2}} जो वैकल्पिक रूप से कैपेसिटर को स्विचिंग फ्रीक्वेंसी पर या तो इन या आउट से कनेक्ट करता है <math>f</math>.
[[File:Schematic of switching capacitor.svg|right|thumb|स्विचित-संधारित्र प्रतिरोधक]]सबसे सरल स्विचित-संधारित्र (एससी) परिपथ एक संधारित्र <math>C_S</math> से बना होता है और दो स्विच S{{sub|1}} और S{{sub|2}} जो वैकल्पिक रूप से <math>f</math> की स्विचन आवृत्ति पर संधारित्र को अंदर या बाहर से जोड़ता है।


याद रखें कि ओम का नियम वोल्टेज, करंट और प्रतिरोध के बीच संबंध को इस प्रकार व्यक्त कर सकता है:
याद रखें कि ओम का नियम वोल्टता, धारा और प्रतिरोध के बीच संबंध को इस प्रकार व्यक्त कर सकता है:
:<math>R = {V \over I} .\ </math>
:<math>R = {V \over I} .\ </math>
निम्नलिखित समतुल्य प्रतिरोध गणना से पता चलेगा कि कैसे प्रत्येक स्विचिंग चक्र के दौरान, यह स्विच्ड-कैपेसिटर सर्किट चार्ज की मात्रा को अंदर से बाहर स्थानांतरित करता है जैसे कि यह एक समान [[रैखिकता]] के अनुसार व्यवहार करता है। <math>R_{\text{equivalent}} = 1 / (C_S f). </math>
निम्नलिखित समतुल्य प्रतिरोध गणना से पता चलेगा कि कैसे प्रत्येक स्विचन चक्र के समय, यह स्विचित-संधारित्र परिपथ आवेश की मात्रा को अंदर से बाहर स्थानांतरित करता है जैसे कि यह <math>R_{\text{equivalent}} = 1 / (C_S f) </math> के साथ एक समान [[रैखिकता]] के अनुसार व्यवहार करता है।
 




=== समतुल्य प्रतिरोध गणना ===
=== समतुल्य प्रतिरोध गणना ===
परिभाषा के अनुसार, चार्ज <math>q</math> किसी भी संधारित्र पर <math>C</math> एक वोल्टेज के साथ <math>V</math> इसकी प्लेटों के बीच है:
परिभाषा के अनुसार, किसी भी संधारित्र <math>C</math> पर उसकी प्लेटों के बीच वोल्टता <math>V</math> के साथ आवेश <math>q</math> है:
:<math>q = CV.\ </math>
:<math>q = CV.\ </math>
इसलिए, जब एस{{sub|1}} बंद है जबकि S{{sub|2}} खुला है, संधारित्र में संग्रहित आवेश <math>C_S</math> होगा:
इसलिए, जब S{{sub|1}} बंद है जबकि S{{sub|2}} खुला है, तो संधारित्र <math>C_S</math> में संग्रहित आवेश होगा:
:<math>q_{\text{in}} = C_S V_{\text{in}} </math>
:<math>q_{\text{in}} = C_S V_{\text{in}} </math>
मान लिया जाये <math>V_{\text{in}} </math> एक [[आदर्श वोल्टेज स्रोत]] है।
मानते हुए <math>V_{\text{in}} </math> एक [[आदर्श वोल्टेज स्रोत|आदर्श वोल्टता स्रोत]] है।


जब एस{{sub|2}} बंद है (एस{{sub|1}} खुला है - वे दोनों एक ही समय में कभी भी बंद नहीं होते हैं), उस आवेश का कुछ भाग संधारित्र से बाहर स्थानांतरित हो जाता है। वास्तव में कितना चार्ज स्थानांतरित हो जाता है यह जानने के बिना निर्धारित नहीं किया जा सकता है कि आउटपुट से कौन सा लोड जुड़ा हुआ है। हालाँकि, परिभाषा के अनुसार, संधारित्र पर शेष आवेश <math>C_S</math> अज्ञात चर के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है <math>V_{\text{out}} </math>:
जब S{{sub|2}} बंद है (S{{sub|1}} खुला है - वे दोनों एक ही समय में कभी भी बंद नहीं होते हैं), उस आवेश का कुछ भाग संधारित्र से बाहर स्थानांतरित हो जाता है। वस्तुतः कितना आवेश स्थानांतरित हो जाता है यह जानने के बिना निर्धारित नहीं किया जा सकता है कि आउटपुट से कौन सा लोड जुड़ा हुआ है। यद्यपि, परिभाषा के अनुसार, संधारित्र <math>C_S</math> पर शेष आवेश को अज्ञात चर <math>V_{\text{out}} </math>:


:<math>q_{\text{out}} = C_S V_{\text{out}}.\ </math>
:<math>q_{\text{out}} = C_S V_{\text{out}}\ </math>के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है।
इस प्रकार, एक स्विचिंग चक्र के दौरान अंदर से बाहर स्थानांतरित किया गया चार्ज है:
इस प्रकार, एक स्विचन चक्र के समय अंदर से बाहर स्थानांतरित किया गया आवेश है:
:<math>q_{\text{in-out}} = q_{\text{in}}-q_{\text{out}} = C_S(V_{\text{in}}-V_{\text{out}}) .\ </math>
:<math>q_{\text{in-out}} = q_{\text{in}}-q_{\text{out}} = C_S(V_{\text{in}}-V_{\text{out}}) .\ </math>
की दर से स्थानांतरित किया जाता है <math>f</math>. तो औसत [[विद्युत प्रवाह]] (प्रति इकाई समय में चार्ज के हस्तांतरण की दर) से अंदर से बाहर है:
<math>f</math> की दर से स्थानांतरित किया जाता है। तो औसत [[विद्युत प्रवाह]] (प्रति इकाई समय में आवेश के स्थानांतरण की दर) से अंदर से बाहर है:
:<math>I_{\text{in-out}} = q_{\text{in-out}} f = C_S(V_{\text{in}}-V_{\text{out}})f .\ </math>
:<math>I_{\text{in-out}} = q_{\text{in-out}} f = C_S(V_{\text{in}}-V_{\text{out}})f .\ </math>
अंदर से बाहर वोल्टेज अंतर को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
अंदर से बाहर वोल्टता अंतर को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
:<math>V_{\text{in-out}} = V_{\text{in}} - V_{\text{out}} .\ </math>
:<math>V_{\text{in-out}} = V_{\text{in}} - V_{\text{out}} .\ </math>
अंत में, वर्तमान-वोल्टेज संबंध को ओम के नियम के रूप में उसी रूप में व्यक्त किया जा सकता है, यह दिखाने के लिए कि यह स्विच्ड-कैपेसिटर सर्किट एक प्रतिरोधक को समकक्ष प्रतिरोध के साथ अनुकरण करता है:
अंत में, वर्तमान-वोल्टता संबंध को ओम के नियम के रूप में उसी रूप में व्यक्त किया जा सकता है, यह दिखाने के लिए कि यह स्विचित-संधारित्र परिपथ एक प्रतिरोधक को समकक्ष प्रतिरोध के साथ अनुकरण करता है:
:<math>R_{\text{equivalent}} = {V_{\text{in-out}} \over I_{\text{in-out}}} = {(V_{\text{in}} - V_{\text{out}}) \over C_S(V_{\text{in}}-V_{\text{out}})f} = {1 \over {C_S f}}.\ </math>
:<math>R_{\text{equivalent}} = {V_{\text{in-out}} \over I_{\text{in-out}}} = {(V_{\text{in}} - V_{\text{out}}) \over C_S(V_{\text{in}}-V_{\text{out}})f} = {1 \over {C_S f}}.\ </math>
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इस सर्किट को समांतर प्रतिरोधी सिमुलेशन कहा जाता है क्योंकि 'इन' और 'आउट' समानांतर में जुड़े हुए हैं और सीधे युग्मित नहीं हैं। अन्य प्रकार के SC सिम्युलेटेड रेसिस्टर सर्किट बिलिनियर रेसिस्टर सिमुलेशन, सीरीज़ रेसिस्टर सिमुलेशन, सीरीज़-पैरेलल रेसिस्टर सिमुलेशन और परजीवी-असंवेदनशील रेसिस्टर सिमुलेशन हैं।
इस परिपथ को समांतर प्रतिरोधी अनुकरण कहा जाता है क्योंकि 'अंदर' और 'बाहर' समानांतर में जुड़े हुए हैं और सीधे युग्मित नहीं हैं। अन्य प्रकार के एससी अनुकारित प्रतिरोधक परिपथ द्विरैखिक प्रतिरोधक अनुकरण, श्रेणी प्रतिरोधक अनुकरण, श्रेणी-समानांतर प्रतिरोधक अनुकरण और अवांछित-असंवेदनशील प्रतिरोधक अनुकरण हैं।


=== वास्तविक अवरोधक के साथ अंतर ===
=== वास्तविक अवरोधक के साथ अंतर ===
चार्ज को असतत दालों के रूप में अंदर से बाहर स्थानांतरित किया जाता है, लगातार नहीं। जब स्विचिंग फ्रीक्वेंसी इनपुट [[ संकेत ]] की [[बैंडलिमिटिंग]] की तुलना में पर्याप्त रूप से अधिक (≥100x) होती है, तो यह ट्रांसफर एक रेसिस्टर के चार्ज के समतुल्य निरंतर ट्रांसफर का अनुमान लगाता है।
आवेश को असतत स्पंदों के रूप में अंदर से बाहर स्थानांतरित किया जाता है, निरंतर नहीं। जब स्विचन आवृत्ति इनपुट [[ संकेत |संकेत]] की [[बैंडलिमिटिंग|बैंड सीमित]] की तुलना में पर्याप्त रूप से अधिक (≥100x) होती है, तो यह स्थानांतरण प्रतिरोधक के आवेश के समतुल्य निरंतर स्थानांतरण का अनुमान लगाता है।


शून्य प्रतिरोध के साथ आदर्श स्विच का उपयोग करके यहां तैयार किया गया एससी सर्किट नियमित प्रतिरोधी के जौल ताप ऊर्जा हानि से पीड़ित नहीं होता है, और इसलिए आदर्श रूप से हानि मुक्त प्रतिरोधी कहा जा सकता है। हालांकि वास्तविक स्विचों के चैनल या पी-एन जंक्शन|पी-एन जंक्शनों में कुछ छोटे प्रतिरोध होते हैं, इसलिए बिजली अभी भी छितरी हुई है।
शून्य प्रतिरोध के साथ आदर्श स्विच का उपयोग करके यहां तैयार किया गया एससी परिपथ नियमित प्रतिरोधी के जूल ताप ऊर्जा हानि से पीड़ित नहीं होता है, और इसलिए आदर्श रूप से हानि मुक्त प्रतिरोधी कहा जा सकता है। यद्यपि वास्तविक स्विचों के चैनल या पी-एन संधि में कुछ छोटे प्रतिरोध होते हैं, इसलिए विद्युत अभी भी क्षयित हुई है।


क्योंकि बिजली के स्विच के अंदर प्रतिरोध आमतौर पर नियमित प्रतिरोधों पर निर्भर सर्किट में प्रतिरोधों की तुलना में बहुत छोटा होता है, एससी सर्किट में जॉनसन-निक्विस्ट शोर काफी कम हो सकता है। हालांकि स्विचिंग आवृत्ति का [[ लयबद्ध ]] उच्च आवृत्ति [[शोर (सिग्नल प्रोसेसिंग)]] के रूप में प्रकट हो सकता है जिसे [[लो पास फिल्टर]] के साथ क्षीण करने की आवश्यकता हो सकती है।
क्योंकि विद्युत के स्विच के अंदर प्रतिरोध सामान्यतः नियमित प्रतिरोधों पर निर्भर परिपथ में प्रतिरोधों की तुलना में बहुत छोटा होता है, एससी परिपथ में जॉनसन-नाइक्विस्ट रव अत्यधिक कम हो सकता है। यद्यपि स्विचन आवृत्ति का [[ लयबद्ध |संनादी]] उच्च आवृत्ति [[शोर (सिग्नल प्रोसेसिंग)|रव (संकेत प्रोसेसिंग]]) के रूप में प्रकट हो सकता है जिसे [[लो पास फिल्टर|निम्न पारक निस्यंदन]] के साथ क्षीण करने की आवश्यकता हो सकती है।


एससी सिम्युलेटेड रेसिस्टर्स का यह भी लाभ है कि उनके समतुल्य प्रतिरोध को स्विचिंग आवृत्ति (यानी, यह एक प्रोग्राम करने योग्य प्रतिरोध है) को बदलकर स्विचिंग अवधि के रिज़ॉल्यूशन द्वारा सीमित रिज़ॉल्यूशन के साथ समायोजित किया जा सकता है। इस प्रकार "ऑनलाइन" या "रनटाइम" समायोजन स्विच के दोलन को नियंत्रित करके किया जा सकता है (उदाहरण के लिए एक [[ microcontroller ]] से कॉन्फ़िगर करने योग्य घड़ी आउटपुट सिग्नल का उपयोग करके)।
एससी अनुकारित प्रतिरोधक का यह भी लाभ है कि उनके समतुल्य प्रतिरोध को स्विचन आवृत्ति (अर्थात, यह प्रोग्राम करने योग्य प्रतिरोध है) को बदलकर स्विचन अवधि के विभेदन द्वारा सीमित विभेदन के साथ समायोजित किया जा सकता है। इस प्रकार "ऑनलाइन" या "क्रम" समायोजन स्विच के दोलन को नियंत्रित करके किया जा सकता है (उदाहरण के लिए एक [[ microcontroller |सूक्ष्म नियंत्रक]] से विन्यास करने योग्य घड़ी आउटपुट संकेत का उपयोग करके)।


=== अनुप्रयोग ===
=== अनुप्रयोग ===
{{See also|Operational amplifier applications}}
{{See also|संक्रियात्मक प्रवर्धक अनुप्रयोग}}
एकीकृत परिपथों में वास्तविक प्रतिरोधकों के स्थानापन्न के रूप में SC सिम्युलेटेड प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है क्योंकि मूल्यों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ मज़बूती से निर्माण करना आसान होता है और यह बहुत कम सिलिकॉन क्षेत्र ले सकता है।
 
एकीकृत परिपथों में वास्तविक प्रतिरोधकों के स्थानापन्न के रूप में एससी अनुकारित प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है क्योंकि मानों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ दृढ़ता से निर्माण करना सरल होता है और यह बहुत कम सिलिकॉन क्षेत्र ले सकता है।


इसी सर्किट का उपयोग असतत-समय प्रणाली (जैसे ADCs) में नमूना और होल्ड सर्किट के रूप में किया जा सकता है। उपयुक्त घड़ी चरण के दौरान, संधारित्र स्विच एस के माध्यम से एनालॉग वोल्टेज का नमूना लेता है<sub>1</sub>और दूसरे चरण में स्विच एस के माध्यम से इस आयोजित नमूना मूल्य को प्रस्तुत करता है<sub>2</sub>प्रसंस्करण के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के लिए।
इसी परिपथ का उपयोग असतत-समय प्रणाली (जैसे एडीसी) में प्रतिदर्श और बंधन परिपथ के रूप में किया जा सकता है। उपयुक्त घड़ी चरण के समय, संधारित्र स्विच S<sub>1</sub> के माध्यम से अनुरूप वोल्टता का प्रतिदर्श लेता है और दूसरे चरण में प्रसंस्करण के लिए इलेक्ट्रॉनिक परिपथ में स्विच S<sub>2</sub> के माध्यम से इस आयोजित प्रतिदर्श मान को प्रस्तुत करता है।


==== फ़िल्टर ====
==== निस्यंदन ====
प्रतिरोधों और कैपेसिटर से युक्त इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर में उनके प्रतिरोधों को समतुल्य स्विच्ड-कैपेसिटर सिम्युलेटेड प्रतिरोधों के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जिससे वास्तविक प्रतिरोधों पर भरोसा किए बिना फ़िल्टर को केवल स्विच और कैपेसिटर का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है।
प्रतिरोधों और संधारित्र से युक्त इलेक्ट्रॉनिक निस्यंदन में उनके प्रतिरोधों को समतुल्य स्विचित-संधारित्र अनुकारित प्रतिरोधों के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जिससे वास्तविक प्रतिरोधों पर विश्वास किए बिना निस्यंदन को मात्र स्विच और संधारित्र का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है।


== परजीवी-संवेदनशील इंटीग्रेटर ==
== अवांछित-संवेदनशील समाकलक ==
[[File:Parasitic_sensitive_integrator.svg|right|400px|thumb|एक साधारण स्विच्ड-कैपेसिटर परजीवी-संवेदनशील इंटीग्रेटर]]स्विच्ड-कैपेसिटर सिम्युलेटेड रेसिस्टर्स सटीक वोल्टेज गेन और इंटीग्रेशन प्रदान करने के लिए एक सेशन amp इंटीग्रेटर में इनपुट रेसिस्टर को बदल सकते हैं।
[[File:Parasitic_sensitive_integrator.svg|right|400px|thumb|एक साधारण स्विचित-संधारित्र अवांछित-संवेदनशील समाकलक]]स्विचित-संधारित्र अनुकारित प्रतिरोधक यथार्थ वोल्टता लब्धि और समाकलन प्रदान करने के लिए एक संक्रियात्मक प्रवर्धक समाकलक में इनपुट प्रतिरोधक को बदल सकते हैं।


इनमें से सबसे शुरुआती सर्किटों में से एक चेक इंजीनियर बेडरिक होस्टिका द्वारा विकसित परजीवी-संवेदनशील इंटीग्रेटर है।<ref>B. Hosticka, R. Brodersen, P. Gray, "MOS Sampled Data Recursive Filters Using Switched Capacitor Integrators", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol SC-12, No.6, December 1977.</ref>
इनमें से सबसे प्रारंभिक परिपथों में से एक चेक अभियंता बेडरिक होस्टिका द्वारा विकसित अवांछित-संवेदनशील समाकलक है।<ref>B. Hosticka, R. Brodersen, P. Gray, "MOS Sampled Data Recursive Filters Using Switched Capacitor Integrators", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol SC-12, No.6, December 1977.</ref>




=== विश्लेषण ===
=== विश्लेषण ===
द्वारा निरूपित करें <math>T = 1 / f</math> स्विचिंग अवधि। कैपेसिटर में,
<math>T = 1 / f</math> स्विचन अवधि द्वारा निरूपित करें। संधारित्र में,
:<math>\text{charge} = \text{capacitance} \times \text{voltage}</math>
:<math>\text{charge} = \text{capacitance} \times \text{voltage}</math>
फिर, जब एस<sub>1</sub>खुलता है और एस<sub>2</sub>बंद हो जाता है (वे दोनों एक ही समय में कभी भी बंद नहीं होते हैं), हमारे पास निम्नलिखित हैं:
फिर, जब S<sub>1</sub> खुलता है और S<sub>2</sub> बंद होता है (वे दोनों एक ही समय में कभी भी बंद नहीं होते हैं), हमारे समीप निम्नलिखित हैं:


1) क्योंकि <math>C_s</math> अभी चार्ज किया है:
1) क्योंकि <math>C_s</math> अभी आवेशित हुआ है:
:<math> Q_s(t) = C_s \cdot V_s(t)\, </math>
:<math> Q_s(t) = C_s \cdot V_s(t)\, </math>
2) क्योंकि फीडबैक कैप, <math>C_{fb}</math>, अचानक इतने चार्ज से चार्ज हो जाता है (op amp द्वारा, जो अपने इनपुट के बीच वर्चुअल शॉर्ट सर्किट की तलाश करता है):
2) क्योंकि प्रतिपुष्टि कैप, <math>C_{fb}</math>, अचानक इतने आवेश से आवेशित हो जाते है (संक्रियात्मक प्रवर्धक द्वारा, जो अपने इनपुट के बीच वास्तविक लघुपथन का अन्वेषण करता है) :
:<math> Q_{fb}(t) = Q_s(t-T) + Q_{fb}(t-T)\, </math>
:<math> Q_{fb}(t) = Q_s(t-T) + Q_{fb}(t-T)\, </math>
अब 2) से विभाजित करें <math>C_{fb}</math>:
अब 2) को <math>C_{fb}</math> से विभाजित करें :
:<math> V_{fb}(t) = \frac {Q_s(t-T)}{C_{fb}} + V_{fb}(t-T)\, </math>
:<math> V_{fb}(t) = \frac {Q_s(t-T)}{C_{fb}} + V_{fb}(t-T)\, </math>
और 1 डालना):
और 1 डालना) :
:<math> V_{fb}(t) = \frac {C_s}{C_{fb}} \cdot V_s(t-T) + V_{fb}(t-T)\, </math>
:<math> V_{fb}(t) = \frac {C_s}{C_{fb}} \cdot V_s(t-T) + V_{fb}(t-T)\, </math>
यह अंतिम समीकरण दर्शाता है कि क्या चल रहा है <math>C_{fb}</math> - यह प्रत्येक चक्र में अपने वोल्टेज को उस आवेश के अनुसार बढ़ाता (या घटाता) है जिससे पंप किया जा रहा है <math>C_s</math> (ऑप-एम्प के कारण)।
यह अंतिम समीकरण दर्शाता है कि <math>C_{fb}</math> में क्या चल रहा है - यह <math>C_s</math> से पंप किए जा रहे आवेश के अनुसार प्रत्येक चक्र में इसकी वोल्टता को बढ़ाता है (या घटाता) है किया जा रहा है (संक्रियात्मक प्रवर्धक के कारण)।


हालांकि, इस तथ्य को तैयार करने का एक और शानदार तरीका है <math>T</math> बहुत छोटा है। आइए परिचय कराते हैं <math>dt\leftarrow T</math> और <math>dV_{fb}\leftarrow V_{fb}(t)-V_{fb}(t-dt)</math> और डीटी द्वारा विभाजित अंतिम समीकरण को फिर से लिखें:
यद्यपि, इस तथ्य को तैयार करने की एक और सुरुचिपूर्ण विधि है यदि <math>T</math> बहुत छोटा है। आइए हम <math>dt\leftarrow T</math> और <math>dV_{fb}\leftarrow V_{fb}(t)-V_{fb}(t-dt)</math> का परिचय दें और dt:
:<math> \frac {dV_{fb}(t)}{dt} = f \frac {C_s}{C_{fb}} \cdot V_s(t)\, </math>
:<math> \frac {dV_{fb}(t)}{dt} = f \frac {C_s}{C_{fb}} \cdot V_s(t)\, </math> द्वारा विभाजित अंतिम समीकरण को फिर से लिखें
इसलिए, ऑप-एम्प आउटपुट वोल्टेज रूप लेता है:
इसलिए, संक्रियात्मक प्रवर्धक आउटपुट वोल्टता रूप लेता है:
:<math> V_{\text{out}}(t) = -V_{fb}(t) = - \frac{1}{\frac{1}{fC_s}C_{fb}} \int V_s(t)dt \, </math>
:<math> V_{\text{out}}(t) = -V_{fb}(t) = - \frac{1}{\frac{1}{fC_s}C_{fb}} \int V_s(t)dt \, </math>
यह op amp ऑपरेशनल एम्पलीफायर एप्लिकेशन #इनवर्टिंग इंटीग्रेटर के समान सूत्र है जहां प्रतिरोध को SC सिम्युलेटेड रेसिस्टर द्वारा समकक्ष प्रतिरोध के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है:
यह संक्रियात्मक प्रवर्धक प्रतिलोमी समाकलक के समान सूत्र है जहां प्रतिरोध को एससी अनुकारित प्रतिरोधक द्वारा समकक्ष प्रतिरोध के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है:
:<math>R_{\text{equivalent}} = {1 \over {C_s f}}.\ </math>
:<math>R_{\text{equivalent}} = {1 \over {C_s f}}.\ </math>
इस स्विच्ड-कैपेसिटर सर्किट को पैरासिटिक-सेंसिटिव कहा जाता है क्योंकि इसका व्यवहार [[ परजीवी समाई ]] से काफी प्रभावित होता है, जिससे परजीवी कैपेसिटेंस को नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। परजीवी असंवेदनशील सर्किट इस पर काबू पाने की कोशिश करते हैं।
इस स्विचित-संधारित्र परिपथ को अवांछित-संवेदनशील कहा जाता है क्योंकि इसका व्यवहार [[ परजीवी समाई |अवांछित धारिता]] से अत्यधिक प्रभावित होता है, जिससे अवांछित धारिता को नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। अवांछित असंवेदनशील परिपथ इस पर अभिभूत करने का प्रयत्न करते हैं।


== परजीवी असंवेदनशील संपूर्न ==
== अवांछित असंवेदनशील समाकलक ==


=== असतत-समय प्रणालियों में प्रयोग करें ===
=== असतत-समय प्रणालियों में प्रयोग ===
विलंबित परजीवी असंवेदनशील इंटीग्रेटर{{Clarification needed|reason=What is the delaying parasitic insensitive integrator?|date=September 2022}} का असतत समय के इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में व्यापक उपयोग होता है जैसे कि [[डिजिटल बायकाड फिल्टर]], एंटी-अलियास संरचनाएं और [[डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेशन]]|डेल्टा-सिग्मा डेटा कन्वर्टर्स। यह सर्किट निम्न जेड-डोमेन फ़ंक्शन लागू करता है:
विलंबित अवांछित असंवेदनशील समाकलक{{Clarification needed|reason=What is the delaying parasitic insensitive integrator?|date=September 2022}} का असतत समय के इलेक्ट्रॉनिक परिपथ में व्यापक उपयोग होता है जैसे कि [[डिजिटल बायकाड फिल्टर|अंकीय द्विघाती निस्यंदन]], विरोधी संरचनाएं और [[डेल्टा-सिग्मा मॉड्यूलेशन|डेल्टा-सिग्मा मॉडुलन]] यह परिपथ निम्न जेड-प्रान्त फलन लागू करता है:
:<math> H(z) = \frac{1}{z-1}</math>
:<math> H(z) = \frac{1}{z-1}</math>




== गुणा करने वाला डिजिटल से एनालॉग कनवर्टर ==
== गुणन अंकीय से अनुरूप परिवर्तक ==
[[File:MDAC.png|right|frame|एक 1.5 बिट गुणा डिजिटल से एनालॉग कनवर्टर]]स्विच्ड-कैपेसिटर सर्किट की एक उपयोगी विशेषता यह है कि उनका उपयोग एक ही समय में कई सर्किट कार्यों को करने के लिए किया जा सकता है, जो गैर-असतत समय घटकों (यानी एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स) के साथ कठिन है।{{Clarification needed|reason=Non-discrete circuits can do multiple things at the same time as well.|date=September 2022}} गुणा करने वाला डिजिटल से एनालॉग कन्वर्टर (MDAC) एक उदाहरण है क्योंकि यह एक एनालॉग इनपुट ले सकता है, एक डिजिटल मान जोड़ सकता है <math>d</math> इसके लिए, और इसे कैपेसिटर अनुपात के आधार पर कुछ कारक से गुणा करें। MDAC का आउटपुट निम्नलिखित द्वारा दिया गया है:
[[File:MDAC.png|right|frame|एक 1.5 बिट गुणा अंकीय से अनुरूप परिवर्तक]]स्विचित-संधारित्र परिपथ की उपयोगी विशेषता यह है कि उनका उपयोग एक ही समय में कई परिपथ कार्यों को करने के लिए किया जा सकता है, जो गैर-असतत समय घटकों (अर्थात अनुरूप इलेक्ट्रानिकी) के साथ कठिन है।{{Clarification needed|reason=Non-discrete circuits can do multiple things at the same time as well.|date=September 2022}} गुणन अंकीय से अनुरूप परिवर्त्तक (एमडीएसी) उदाहरण है क्योंकि यह एक अनुरूप इनपुट ले सकता है, इसमें एक अंकीय मान <math>d</math> जोड़ सकता है और इसे संधारित्र अनुपात के आधार पर कुछ कारक से गुणा कर सकता है। एमडीएसी का आउटपुट निम्नलिखित द्वारा दिया गया है:
:<math> V_{Out} = \frac {V_{i} \cdot (C_{1}+C_{2}) - (d-1) \cdot V_{r} \cdot C_{2} + V_{os} \cdot (C_{1}+C_{2}+C_{p})} {C_{1} + \frac {(C_{1} + C_{2} + C_{p})} {A} } </math>
:<math> V_{Out} = \frac {V_{i} \cdot (C_{1}+C_{2}) - (d-1) \cdot V_{r} \cdot C_{2} + V_{os} \cdot (C_{1}+C_{2}+C_{p})} {C_{1} + \frac {(C_{1} + C_{2} + C_{p})} {A} } </math>
MDAC आधुनिक पाइपलाइन एनालॉग से डिजिटल कन्वर्टर्स के साथ-साथ अन्य सटीक एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स में एक सामान्य घटक है और इसे सबसे पहले बेल लेबोरेटरीज में स्टीफन लुईस और अन्य लोगों द्वारा ऊपर के रूप में बनाया गया था।<ref>Stephen H. Lewis et al., "A 10-bit, 20Msample/s Analog to Digital Converter", IEEE Journal of Solid-State Circuits, March 1992</ref>
एमडीएसी आधुनिक पाइपलाइन अनुरूप से अंकीय परिवर्त्तक के साथ-साथ अन्य यथार्थ अनुरूप इलेक्ट्रानिकी में सामान्य घटक है और इसे सबसे पहले बेल प्रयोगशालाओं में स्टीफन लुईस और अन्य लोगों द्वारा ऊपर के रूप में बनाया गया था।<ref>Stephen H. Lewis et al., "A 10-bit, 20Msample/s Analog to Digital Converter", IEEE Journal of Solid-State Circuits, March 1992</ref>




== स्विच्ड-कैपेसिटर सर्किट का विश्लेषण ==
== स्विचित-संधारित्र परिपथ का विश्लेषण ==
स्विच्ड-कैपेसिटर सर्किट का विश्लेषण चार्ज संरक्षण समीकरणों को लिखकर किया जाता है, जैसा कि इस लेख में है, और उन्हें कंप्यूटर बीजगणित टूल से हल किया गया है। हाथ के विश्लेषण के लिए और सर्किट में अधिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए, [[सिग्नल-फ्लो ग्राफ]] विश्लेषण करना भी संभव है, एक विधि के साथ जो स्विच्ड-कैपेसिटर और निरंतर-समय सर्किट के लिए बहुत समान है।<ref>H. Schmid and A. Huber, "Analysis of switched-capacitor circuits using driving-point signal-flow graphs", Analog Integr Circ Sig Process (2018). [https://doi.org/10.1007/s10470-018-1131-7 ''https://doi.org/10.1007/s10470-018-1131-7''].</ref>
स्विचित-संधारित्र परिपथ का विश्लेषण आवेश संरक्षण समीकरणों को लिखकर किया जाता है, जैसा कि इस लेख में है, और उन्हें कंप्यूटर बीजगणित टूल से हल किया गया है। हाथ के विश्लेषण के लिए और परिपथ में अधिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए, [[सिग्नल-फ्लो ग्राफ|संकेत प्रवाह आलेख]] विश्लेषण करना भी संभव है, एक विधि के साथ जो स्विचित-संधारित्र और निरंतर-समय परिपथ के लिए बहुत समान है।<ref>H. Schmid and A. Huber, "Analysis of switched-capacitor circuits using driving-point signal-flow graphs", Analog Integr Circ Sig Process (2018). [https://doi.org/10.1007/s10470-018-1131-7 ''https://doi.org/10.1007/s10470-018-1131-7''].</ref>




== यह भी देखें ==
== यह भी देखें ==
* [[एलियासिंग]]
* [[एलियासिंग|उपघटन]]
* [[चार्ज पंप]]
* [[चार्ज पंप|आवेश पंप]]
* निक्विस्ट-शैनन नमूनाकरण प्रमेय
* नाइक्विस्ट-शैनन प्रतिदर्शकरण प्रमेय
* [[स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति]]
* [[स्विच्ड-मोड बिजली की आपूर्ति|स्विचित-मोड विद्युत की आपूर्ति]]
* [[थाइरिस्टर-स्विच्ड कैपेसिटर]] (TSC)
* [[थाइरिस्टर-स्विच्ड कैपेसिटर|थाइरिस्टर-स्विचित संधारित्र]] (टीएससी)


==संदर्भ==
==संदर्भ==
{{Reflist}}
{{Reflist}}
*Mingliang Liu, ''Demystifying Switched-Capacitor Circuits'', {{ISBN|0-7506-7907-7}}
*Mingliang Liu, ''Demystifying Switched-Capacitor Circuits'', {{ISBN|0-7506-7907-7}}
{{Electronic components}}
{{DEFAULTSORT:Switched Capacitor}}
{{DEFAULTSORT:Switched Capacitor}}[[Category: संधारित्र]] [[Category: इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर अनुप्रयोग]] [[Category: इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर टोपोलॉजी]] [[Category: MOSFETs]] [[Category: वोल्टेज अधिनियम]]
 
 


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Latest revision as of 17:46, 17 April 2023

एक स्विचित संधारित्र (एससी) एक विद्युत परिपथ है जो इलेक्ट्रॉनिक स्विच के खुलने और बंद होने पर विद्युत के आवेश को संधारित्र में और बाहर ले जाकर फलन (गणित) को लागू करता है। सामान्यतः गैर-अतिव्यापी घड़ी के संकेत का उपयोग स्विच को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, ताकि सभी स्विच एक साथ बंद न हों। इन अवयवों के साथ लागू किए गए इलेक्ट्रॉनिक निस्यंदन को 'स्विचित-संधारित्र निस्यंदन' कहा जाता है, जो मात्र धारिता और स्विचन आवृत्ति के बीच के अनुपात पर निर्भर करते हैं, न कि यथार्थ अवरोध पर। यह उन्हें एकीकृत परिपथों के भीतर उपयोग के लिए अधिक उपयुक्त बनाता है, जहां यथार्थ रूप से निर्दिष्ट प्रतिरोधक और संधारित्र निर्माण के लिए मितव्ययी नहीं होते हैं।[1]

एससी परिपथ सामान्यतः एमओएस संधारित्र और एमओएसएफईटी स्विच के साथ धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) तकनीक का उपयोग करके कार्यान्वित किए जाते हैं, और वे सामान्यतः पूरक एमओएस (सीएमओएस) प्रक्रिया का उपयोग करके अर्धचालक उपकरण निर्माण किए जाते हैं। एमओएस एससी परिपथ के सामान्य अनुप्रयोगों में मिश्रित-संकेत एकीकृत परिपथ, डिज़िटल से अनुरूप परिवर्त्तक (डीएसी) चिप्स, एनॉलॉग से अंकीय परिवर्तित करने वाले उपकरण (एडीसी) चिप्स, स्पंद कोड मॉडुलन (पीसीएम) कोडेक-निस्यंदन और पीसीएम अंकीय टेलीफोनी सम्मिलित हैं।[2]

एक स्विच-संधारित्र का उपयोग करके समानांतर अवरोधक अनुकरण

स्विचित-संधारित्र प्रतिरोधक

सबसे सरल स्विचित-संधारित्र (एससी) परिपथ एक संधारित्र से बना होता है और दो स्विच S1 और S2 जो वैकल्पिक रूप से की स्विचन आवृत्ति पर संधारित्र को अंदर या बाहर से जोड़ता है।

याद रखें कि ओम का नियम वोल्टता, धारा और प्रतिरोध के बीच संबंध को इस प्रकार व्यक्त कर सकता है:

निम्नलिखित समतुल्य प्रतिरोध गणना से पता चलेगा कि कैसे प्रत्येक स्विचन चक्र के समय, यह स्विचित-संधारित्र परिपथ आवेश की मात्रा को अंदर से बाहर स्थानांतरित करता है जैसे कि यह के साथ एक समान रैखिकता के अनुसार व्यवहार करता है।


समतुल्य प्रतिरोध गणना

परिभाषा के अनुसार, किसी भी संधारित्र पर उसकी प्लेटों के बीच वोल्टता के साथ आवेश है:

इसलिए, जब S1 बंद है जबकि S2 खुला है, तो संधारित्र में संग्रहित आवेश होगा:

मानते हुए एक आदर्श वोल्टता स्रोत है।

जब S2 बंद है (S1 खुला है - वे दोनों एक ही समय में कभी भी बंद नहीं होते हैं), उस आवेश का कुछ भाग संधारित्र से बाहर स्थानांतरित हो जाता है। वस्तुतः कितना आवेश स्थानांतरित हो जाता है यह जानने के बिना निर्धारित नहीं किया जा सकता है कि आउटपुट से कौन सा लोड जुड़ा हुआ है। यद्यपि, परिभाषा के अनुसार, संधारित्र पर शेष आवेश को अज्ञात चर :

के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है।

इस प्रकार, एक स्विचन चक्र के समय अंदर से बाहर स्थानांतरित किया गया आवेश है:

की दर से स्थानांतरित किया जाता है। तो औसत विद्युत प्रवाह (प्रति इकाई समय में आवेश के स्थानांतरण की दर) से अंदर से बाहर है:

अंदर से बाहर वोल्टता अंतर को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

अंत में, वर्तमान-वोल्टता संबंध को ओम के नियम के रूप में उसी रूप में व्यक्त किया जा सकता है, यह दिखाने के लिए कि यह स्विचित-संधारित्र परिपथ एक प्रतिरोधक को समकक्ष प्रतिरोध के साथ अनुकरण करता है:

इस परिपथ को समांतर प्रतिरोधी अनुकरण कहा जाता है क्योंकि 'अंदर' और 'बाहर' समानांतर में जुड़े हुए हैं और सीधे युग्मित नहीं हैं। अन्य प्रकार के एससी अनुकारित प्रतिरोधक परिपथ द्विरैखिक प्रतिरोधक अनुकरण, श्रेणी प्रतिरोधक अनुकरण, श्रेणी-समानांतर प्रतिरोधक अनुकरण और अवांछित-असंवेदनशील प्रतिरोधक अनुकरण हैं।

वास्तविक अवरोधक के साथ अंतर

आवेश को असतत स्पंदों के रूप में अंदर से बाहर स्थानांतरित किया जाता है, निरंतर नहीं। जब स्विचन आवृत्ति इनपुट संकेत की बैंड सीमित की तुलना में पर्याप्त रूप से अधिक (≥100x) होती है, तो यह स्थानांतरण प्रतिरोधक के आवेश के समतुल्य निरंतर स्थानांतरण का अनुमान लगाता है।

शून्य प्रतिरोध के साथ आदर्श स्विच का उपयोग करके यहां तैयार किया गया एससी परिपथ नियमित प्रतिरोधी के जूल ताप ऊर्जा हानि से पीड़ित नहीं होता है, और इसलिए आदर्श रूप से हानि मुक्त प्रतिरोधी कहा जा सकता है। यद्यपि वास्तविक स्विचों के चैनल या पी-एन संधि में कुछ छोटे प्रतिरोध होते हैं, इसलिए विद्युत अभी भी क्षयित हुई है।

क्योंकि विद्युत के स्विच के अंदर प्रतिरोध सामान्यतः नियमित प्रतिरोधों पर निर्भर परिपथ में प्रतिरोधों की तुलना में बहुत छोटा होता है, एससी परिपथ में जॉनसन-नाइक्विस्ट रव अत्यधिक कम हो सकता है। यद्यपि स्विचन आवृत्ति का संनादी उच्च आवृत्ति रव (संकेत प्रोसेसिंग) के रूप में प्रकट हो सकता है जिसे निम्न पारक निस्यंदन के साथ क्षीण करने की आवश्यकता हो सकती है।

एससी अनुकारित प्रतिरोधक का यह भी लाभ है कि उनके समतुल्य प्रतिरोध को स्विचन आवृत्ति (अर्थात, यह प्रोग्राम करने योग्य प्रतिरोध है) को बदलकर स्विचन अवधि के विभेदन द्वारा सीमित विभेदन के साथ समायोजित किया जा सकता है। इस प्रकार "ऑनलाइन" या "क्रम" समायोजन स्विच के दोलन को नियंत्रित करके किया जा सकता है (उदाहरण के लिए एक सूक्ष्म नियंत्रक से विन्यास करने योग्य घड़ी आउटपुट संकेत का उपयोग करके)।

अनुप्रयोग

एकीकृत परिपथों में वास्तविक प्रतिरोधकों के स्थानापन्न के रूप में एससी अनुकारित प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है क्योंकि मानों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ दृढ़ता से निर्माण करना सरल होता है और यह बहुत कम सिलिकॉन क्षेत्र ले सकता है।

इसी परिपथ का उपयोग असतत-समय प्रणाली (जैसे एडीसी) में प्रतिदर्श और बंधन परिपथ के रूप में किया जा सकता है। उपयुक्त घड़ी चरण के समय, संधारित्र स्विच S1 के माध्यम से अनुरूप वोल्टता का प्रतिदर्श लेता है और दूसरे चरण में प्रसंस्करण के लिए इलेक्ट्रॉनिक परिपथ में स्विच S2 के माध्यम से इस आयोजित प्रतिदर्श मान को प्रस्तुत करता है।

निस्यंदन

प्रतिरोधों और संधारित्र से युक्त इलेक्ट्रॉनिक निस्यंदन में उनके प्रतिरोधों को समतुल्य स्विचित-संधारित्र अनुकारित प्रतिरोधों के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जिससे वास्तविक प्रतिरोधों पर विश्वास किए बिना निस्यंदन को मात्र स्विच और संधारित्र का उपयोग करके निर्मित किया जा सकता है।

अवांछित-संवेदनशील समाकलक

एक साधारण स्विचित-संधारित्र अवांछित-संवेदनशील समाकलक

स्विचित-संधारित्र अनुकारित प्रतिरोधक यथार्थ वोल्टता लब्धि और समाकलन प्रदान करने के लिए एक संक्रियात्मक प्रवर्धक समाकलक में इनपुट प्रतिरोधक को बदल सकते हैं।

इनमें से सबसे प्रारंभिक परिपथों में से एक चेक अभियंता बेडरिक होस्टिका द्वारा विकसित अवांछित-संवेदनशील समाकलक है।[3]


विश्लेषण

स्विचन अवधि द्वारा निरूपित करें। संधारित्र में,

फिर, जब S1 खुलता है और S2 बंद होता है (वे दोनों एक ही समय में कभी भी बंद नहीं होते हैं), हमारे समीप निम्नलिखित हैं:

1) क्योंकि अभी आवेशित हुआ है:

2) क्योंकि प्रतिपुष्टि कैप, , अचानक इतने आवेश से आवेशित हो जाते है (संक्रियात्मक प्रवर्धक द्वारा, जो अपने इनपुट के बीच वास्तविक लघुपथन का अन्वेषण करता है) :

अब 2) को से विभाजित करें :

और 1 डालना) :

यह अंतिम समीकरण दर्शाता है कि में क्या चल रहा है - यह से पंप किए जा रहे आवेश के अनुसार प्रत्येक चक्र में इसकी वोल्टता को बढ़ाता है (या घटाता) है किया जा रहा है (संक्रियात्मक प्रवर्धक के कारण)।

यद्यपि, इस तथ्य को तैयार करने की एक और सुरुचिपूर्ण विधि है यदि बहुत छोटा है। आइए हम और का परिचय दें और dt:

द्वारा विभाजित अंतिम समीकरण को फिर से लिखें

इसलिए, संक्रियात्मक प्रवर्धक आउटपुट वोल्टता रूप लेता है:

यह संक्रियात्मक प्रवर्धक प्रतिलोमी समाकलक के समान सूत्र है जहां प्रतिरोध को एससी अनुकारित प्रतिरोधक द्वारा समकक्ष प्रतिरोध के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है:

इस स्विचित-संधारित्र परिपथ को अवांछित-संवेदनशील कहा जाता है क्योंकि इसका व्यवहार अवांछित धारिता से अत्यधिक प्रभावित होता है, जिससे अवांछित धारिता को नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। अवांछित असंवेदनशील परिपथ इस पर अभिभूत करने का प्रयत्न करते हैं।

अवांछित असंवेदनशील समाकलक

असतत-समय प्रणालियों में प्रयोग

विलंबित अवांछित असंवेदनशील समाकलक[clarification needed] का असतत समय के इलेक्ट्रॉनिक परिपथ में व्यापक उपयोग होता है जैसे कि अंकीय द्विघाती निस्यंदन, विरोधी संरचनाएं और डेल्टा-सिग्मा मॉडुलन यह परिपथ निम्न जेड-प्रान्त फलन लागू करता है:


गुणन अंकीय से अनुरूप परिवर्तक

File:MDAC.png
एक 1.5 बिट गुणा अंकीय से अनुरूप परिवर्तक

स्विचित-संधारित्र परिपथ की उपयोगी विशेषता यह है कि उनका उपयोग एक ही समय में कई परिपथ कार्यों को करने के लिए किया जा सकता है, जो गैर-असतत समय घटकों (अर्थात अनुरूप इलेक्ट्रानिकी) के साथ कठिन है।[clarification needed] गुणन अंकीय से अनुरूप परिवर्त्तक (एमडीएसी) उदाहरण है क्योंकि यह एक अनुरूप इनपुट ले सकता है, इसमें एक अंकीय मान जोड़ सकता है और इसे संधारित्र अनुपात के आधार पर कुछ कारक से गुणा कर सकता है। एमडीएसी का आउटपुट निम्नलिखित द्वारा दिया गया है:

एमडीएसी आधुनिक पाइपलाइन अनुरूप से अंकीय परिवर्त्तक के साथ-साथ अन्य यथार्थ अनुरूप इलेक्ट्रानिकी में सामान्य घटक है और इसे सबसे पहले बेल प्रयोगशालाओं में स्टीफन लुईस और अन्य लोगों द्वारा ऊपर के रूप में बनाया गया था।[4]


स्विचित-संधारित्र परिपथ का विश्लेषण

स्विचित-संधारित्र परिपथ का विश्लेषण आवेश संरक्षण समीकरणों को लिखकर किया जाता है, जैसा कि इस लेख में है, और उन्हें कंप्यूटर बीजगणित टूल से हल किया गया है। हाथ के विश्लेषण के लिए और परिपथ में अधिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए, संकेत प्रवाह आलेख विश्लेषण करना भी संभव है, एक विधि के साथ जो स्विचित-संधारित्र और निरंतर-समय परिपथ के लिए बहुत समान है।[5]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. Switched Capacitor Circuits, Swarthmore College course notes, accessed 2009-05-02
  2. Allstot, David J. (2016). "Switched Capacitor Filters". In Maloberti, Franco; Davies, Anthony C. (eds.). A Short History of Circuits and Systems: From Green, Mobile, Pervasive Networking to Big Data Computing (PDF). IEEE Circuits and Systems Society. pp. 105–110. ISBN 9788793609860.
  3. B. Hosticka, R. Brodersen, P. Gray, "MOS Sampled Data Recursive Filters Using Switched Capacitor Integrators", IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol SC-12, No.6, December 1977.
  4. Stephen H. Lewis et al., "A 10-bit, 20Msample/s Analog to Digital Converter", IEEE Journal of Solid-State Circuits, March 1992
  5. H. Schmid and A. Huber, "Analysis of switched-capacitor circuits using driving-point signal-flow graphs", Analog Integr Circ Sig Process (2018). https://doi.org/10.1007/s10470-018-1131-7.