Een gyrator als inductie nabootser
Even tijdens de zomervakantie wat kennis opfrissen op het gebied van elektronica. Meer precies, over de gyrator. Een gyrator is een elektronische schakeling die een inductieve eigenschap kan nabootsen met behulp van actieve en passieve componenten zoals weerstanden, condensatoren en operationele versterkers (opamps).
Het concept werd geïntroduceerd door de Nederlandse ingenieur Bernard D.H. Tellegen in 1948. Hij was trouwens ook samen met de eveneens Nederlandse natuurkundige Gilles Holst de uitvinder van de pentode.
Wat is een Gyrator?
Een gyrator is een tweepoortnetwerk dat elektrische eigenschappen heeft waardoor een capacitieve belasting zich gedraagt als een inductieve belasting en vice versa. Dit betekent dat de gyrator een condensator kan “omzetten” in een equivalente inductantie.
Toepassingen van de Gyrator
Gyrators worden gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder:
- Actieve filters: Gyrators worden vaak gebruikt in actieve filters om inductoren (spoelen) te vervangen, omdat inductoren in lage frequenties groot, zwaar en duur kunnen zijn.
- Impedantie transformatie: Ze worden gebruikt om impedanties te transformeren in RF- en hoogfrequente schakelingen.
- Inductievervanging: In geïntegreerde schakelingen (IC’s) waar het moeilijk of onpraktisch is om inductoren te gebruiken, kunnen gyrators een alternatief bieden door inductieve eigenschappen te emuleren.
Voorbeeld van een Gyrator Schakeling
Een eenvoudige gyrator kan worden gebouwd met behulp van een opamp, twee weerstanden en een condensator. Hiernaast staat een basisconfiguratie:
De effectieve inductantie L die door deze gyrator wordt geïmplementeerd, kan worden uitgedrukt als:
L = RL ⋅ R ⋅ C
Even een rekenvoorbeeld: Stel RL=10kΩ, R=10kΩ en C=100nF.
Dan zou de equivalente inductantie zijn: L=10kΩ ⋅ 10kΩ ⋅ 100nF = 10 Henry.
De ingangsimpedantie van deze opamp schakeling is dus:
Zin = RL + jωL
Voordelen van Gyrators
- Compactheid: Gyrators kunnen kleinere en lichtere componenten gebruiken dan fysieke inductoren, vooral nuttig in geïntegreerde schakelingen.
- Flexibiliteit: Ze kunnen worden aangepast om verschillende inductantie-waarden te creëren door eenvoudigweg de componentwaarden te wijzigen.
- Kosten: Vaak goedkoper dan het gebruik van fysieke inductoren, vooral bij lage frequenties.
Beperkingen van Gyrators
- Ruis en verlies: Actieve componenten kunnen ruis toevoegen en hebben verliezen, wat de prestaties kan beïnvloeden.
- Lineair bereik: Beperkt door het lineaire bereik van de opamp.
- Frequentiebereik: Effectiviteit kan afnemen bij zeer hoge frequenties, afhankelijk van de specificaties van de gebruikte opamps en passieve componenten.
Kortom, de gyrator is een handige en flexibele manier om inductieve eigenschappen na te bootsen met behulp van actieve en passieve componenten. En het biedt het een praktische oplossing voor vele elektronische toepassingen waar fysieke inductoren onpraktisch zijn.
VERON
