Che cos'è un condensatore commutato?
Un condensatore commutato è un componente elettronico o, più correttamente, un circuito o modulo elettronico tipicamente costituito da un condensatore e due interruttori usati per simulare altri componenti in un circuito integrato (IC). Il resistore è uno dei componenti più comunemente simulati; i resistori tendono ad essere troppo grandi e inaccurati per essere integrati in circuiti integrati di dimensioni micro. Il modulo condensatore commutato viene comunemente utilizzato nelle applicazioni di elaborazione del segnale orario discreto e di filtraggio della frequenza vocale. Queste funzioni sono rese possibili dalle caratteristiche uniche dei circuiti in cui le cariche elettriche vengono alternativamente spostate dentro e fuori i condensatori.
La capacità dei circuiti di condensatori commutati di simulare una resistenza in qualsiasi applicazione è stata estremamente fortuita per l'industria elettronica in quanto ha consentito la produzione di circuiti integrati più complessi in pacchetti più piccoli. I resistori convenzionali sono particolarmente problematici nell'arena IC a causa delle loro dimensioni fisiche e delle differenze nei valori resistivi riscontrati in diversi cicli di produzione. Gli interruttori del condensatore e dei semiconduttori a ossido di metallo (MOS) utilizzati in un modulo a condensatore commutato sono invece estremamente compatti e molto stabili per quanto riguarda i loro valori e tolleranze.
Queste caratteristiche rendono i circuiti interni estremamente compatti e precisi per microprocessori e circuiti integrati. Un altro dei vantaggi del circuito del condensatore commutato è il fatto che l'uso di questi moduli, al contrario dei resistori convenzionali, consente ai progettisti di circuiti di incorporare un grado di sintonizzazione della frequenza nelle applicazioni di filtro attivo. Questa sintonia si ottiene variando la frequenza di clock o il tempo di commutazione del circuito.
Il valore effettivo delle caratteristiche di ingombro ridotto del modulo condensatore commutato può essere visto se si considera che una resistenza da 1 MΩ può essere simulata con un minuscolo condensatore da 10 pF commutato a una frequenza di clock di 100 kHz. Se si dovesse usare un resistore normale in questa applicazione, il circuito completo sarebbe molte volte più grande di quello che impiega il modulo condensatore. Un filtro a condensatore commutato passa-basso con un rating di 100 Hz, ad esempio, richiederà una resistenza di 16 MΩ che sarebbe chiaramente impossibile ottenere utilizzando un resistore normale.
I progressi nella tecnologia IC analogica programmabile visti negli ultimi dieci anni circa non sarebbero stati possibili senza i benefici ottenuti dall'utilizzo di moduli condensatori commutati. Neanche i notevoli miglioramenti nel campo del filtro multipolare e della tecnologia di conversione da analogico a digitale non sarebbero stati possibili, considerando la natura fisica, non lineare e incoerente dei resistori convenzionali. Questi punti rendono il condensatore commutato uno dei più significativi progressi dei componenti elettronici dall'introduzione del transistor.