ЦИФРОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Подстроечные конденсаторы обычно ограничены диапазоном 1 - 50 пF, очень чувствительны к изменениям температуры и давлению на них, если для этого используется отвертка. Переменные индуктивности с движущимися ферритовыми сердечниками не намного лучше. Каждый регулируемый пассивный компонент всегда менее надежен. Интегральная микросхема конденсатора с цифровым управлением X90100 [1] компании XIRON заменяет подстроечный конденсатор на частотах до 315 МГц (тестируется при производстве). Емкость конденсатора обладает низким температурным коэффициентом, может быть установлена в диапазоне от 7,5 пФ до 14,5 пФ c шагом 0,23 пФ. Величина запрограммированной емкости хранится в энергонезависимой EEPROM памяти. Программирование производится через простой двухпроводный последовательный интерфейс в реальном времени. Стоимость в 8-выводном корпусе X90100M8I составляет 0,99 дол. Хотя конденсаторы не дешевы, но существует довольно много устройств, где их можно использовать. Рекомендуемая область применения: гетеродины приемопередающих устройств, высокостабильные перестраиваемые генераторы, системы радиочастотной идентификации, перестраиваемые емкостные датчики, активные фильтры, синтезаторы для электронных музыкальных инструментов. Принципы цифрового управления имеют много интересных моментов для их активного использования в новых разработках.
     Под управлением микроконтроллера (МК) можно эффективно переключать конденсаторы из цепи на время, которое необходимо, используя буферные выводы с тремя состояниями. Когда на выводе МК установлен 0, подключенный к нему конденсатор заземлен, если вывод имеет высокоимпедансное Z-состояние, то цепь имеет высокое полное сопротивление, и конденсатор выключен. Возможности цифрового изменения емкости продиктованы выбором конденсаторов и количеством выводов МК.
     Принцип цифрового управления 2 бит показан на рис.1. Пример применения цифрового конденсатора 8 бит (в X90100 5 бит) с перестройкой емкости 1-255 пФ показан на рис.2. Элементы, показанные красным цветом, преобразуют схему во входное устройство радиоприемника. Перестройка на полосу другого передатчика может быть выполнена МК в течение нескольких микросекунд. Возможна установка вместо конденсаторов настроенных LC-контуров. Используя конденсатор с цифровым управлением, можно разработать радио-сканер с широким входным диапазоном.
     Чрезвычайно дешевый и простой передатчик данных может быть сделан, используя МК (PIC) и высокоскоростной таймер TS555 [2] с предельной частотой выходного сигнала 2,7 МГц, у которого период следования импульсов определяется выражением: T = 0,693 (R2 + 2R1) C, выход HIGH t1 = 0,693(R2 + R1)С, выход LOW t2 = 0,693(R1)C.
     Если формировать частоту передатчика, используя возможности только МК, потребуется много его ресурсов (таймеры и т.п.), при этом частота передатчика будет ограничена несколькими десятками кГц. Проще использовать цифровую конденсаторную схему, чтобы модулировать частоту волны, сгенерированную таймером TS555. На рис. 3 показан пример схемы, где занят всего один вывод МК, а все его ресурсы можно использовать для подготовки данных пакета передачи. Элементы R1, R2 и C5 обеспечивают частоту таймера 1069 кГц. Конденсатор C1 подключен к выводу МК. Когда состояние этого вывода меняется с Z на 0, конденсатор 33 пФ становится частью времязадающей цепи таймера и частота становится 952 кГц. Конденсатор С6 обеспечивает стабильность генерируемой частоты.
     Элементы схемы, показанные красным цветом, превращают ее в музыкальный синтезатор, если убрать антенну и поменять резисторы на 6,8 кОм. Для профессионального синтезатора электрогитары [3] используются микросхемы цифрового конденсатора X90100 и цифрового потенциометра X9111.

     Литература
     1. Конденсатор с цифровым программированием емкости//Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2003. - №3. - С.24.
     2. TS555C,I,M LOW POWER SINGLE CMOS TIMERS. - STMicroelectronics (http://st.com).
     3. http://ece-colorado.edu/~ecen4610/expof03/guitar_pdr.ppt.
     4. http://afrotechmods.com/cheap/capacitor/digitalcapacitor.htm.