開關電容積分器的原理與仿真


開關電容電路,使用開關不斷切換電容的充電和放電狀態,來模擬電阻的作用。等效電阻值,可以由開關頻率來設定,用於濾波器中,可以方便的調節濾波器的截止頻率。如下圖所示的電路,當電容連接到Vin時,電容充電,電容上的電荷量為Q=Vin*C。當電容連接到地的時候,電容對地放電,平均電流Ieq=Q/Ts=Vin*C*fs,所以:

Req=Vin/Ieq=Vin/(Vin*C*fs)=1/(C*fs)

注意,開關頻率必須遠遠小於充放電的時間常數,這樣才能保證以上的等效計算成立。

來一個應用仿真電路看看:

使用開關電容最大的好處,就是不改變電路結構和響應特性的情況下,只需要調整開關頻率就可以改變等效電阻值,進而可以改變濾波器的截止頻率。

改變電容的放電方向,還可以形成負阻:

Req=Vin/Ieq=Vin/(-Vin*C*fs)=-1/(C*fs)

這樣,反相放大電路就可以變為同相放大電路:

開關電容電路本身類似於數字采樣系統,必須滿足奈奎斯特采樣定理,即輸入信號中不能包含高於或等於fs/2的成分,否則會混疊到0~fs/2的頻帶,因此需要在開關電源濾波器之前增加抗混疊濾波器。

 


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