Giratore

Giratorul este un bipol dublu caracterizat prin relația constitutivă :

$\left\{{\begin{matrix}i_{1}(t)=\gamma v_{2}(t)\\i_{2}(t)=-\gamma v_{1}(t)\end{matrix}}\right.$ ${\ displaystyle \ left \ {{\ begin {matrix} i_ {1} (t) = \ gamma v_ {2} (t) \\ i_ {2} (t) = - \ gamma v_ {1} (t) \ end {matrix}} \ right.}$ ${\ displaystyle \ left \ {{\ begin {matrix} i_ {1} (t) = \ gamma v_ {2} (t) \\ i_ {2} (t) = - \ gamma v_ {1} (t) \ end {matrix}} \ right.}$

unde este $\gamma$ ${\ displaystyle \ gamma}$ $\gamă$ se numește raportul de girare .

Utilizarea unui circuit girator este inversarea unei impedanțe . Cu alte cuvinte, poate determina un circuit capacitiv să se comporte inductiv , un filtru band-pass să se comporte ca un filtru band-pass și așa mai departe. Ideea a fost concepută în jurul anului 1948 de Bernard Tellegen de la laboratoarele de cercetare Philips ^[1] . Este utilizat în principal în proiectarea filtrelor live .

girator simulând o inductanță

Simularea unei inductanțe

Utilizarea principală a unui girator este de a simula un element inductiv într-un mic circuit electronic sau circuit integrat. Înainte de invenția tranzistorului , bobinele mari de sârmă cu inductanță puteau fi utilizate în filtrele electronice. O bobină de inductanță reală poate fi înlocuită cu un set mai mic care conține un condensator , amplificator operațional sau tranzistoare și rezistențe . Acest lucru este util în special în tehnologia circuitelor integrate sau în cazurile în care este necesară o valoare ridicată sau o inductanță ușor de reglat. Condensatoarele adevărate sunt adesea mult mai asemănătoare condensatoarelor ideale decât inductoarele adevărate cu inductoarele ideale. Astfel, un inductor sintetizat cu un girator și un condensator poate, în unele aplicații, să fie mai aproape de un inductor ideal decât poate fi orice inductor real. Prin urmare, utilizarea condensatoarelor și giratoarelor poate îmbunătăți calitatea rețelelor de filtrare care altfel ar fi construite cu utilizarea inductoarelor. Factorul de calitate Q al inductoarelor sintetizate poate fi ales cu ușurință. Raportul de girație depinde de valorile rezistențelor. Prin urmare, este ușor, dacă giratorul este utilizat pentru a face un inductor, pentru a face inductoare cu inductanță variabilă.

O utilizare tipică este în egalizatoarele audio.

Funcționarea circuitului

Circuitul funcționează asupra inversării efectului condensatorului. Rezultatul dorit este o formă bipolă inductivă ohmică

$Z=\left(R_{L}+j\omega L\right)$ ${\ displaystyle Z = \ left (R_ {L} + j \ omega L \ right)}$ ${\ displaystyle Z = \ left (R_ {L} + j \ omega L \ right)}$

Aceasta constă dintr-o inductanță ideală L cu o rezistență de serie $R_{L}$ ${\ displaystyle R_ {L}}$ $R_L$ . Din diagramă, se poate observa că impedanța inductanței echivalente este inductanța dorită în paralel cu impedanța lui C și R.

$Z_{in}=\left(R_{L}+j\omega R_{L}RC\right)||\left(R+{\frac {1}{j\omega C}}\right)$ ${\ displaystyle Z_ {in} = \ left (R_ {L} + j \ omega R_ {L} RC \ right) || \ left (R + {\ frac {1} {j \ omega C}} \ right) }$ ${\ displaystyle Z_ {in} = \ left (R_ {L} + j \ omega R_ {L} RC \ right) || \ left (R + {\ frac {1} {j \ omega C}} \ right) }$

Dacă R este mult mai mare decât $R_{L}$ ${\ displaystyle R_ {L}}$ $R_L$ , aceasta se apropie de

$Z_{in}=\left(R_{L}+j\omega R_{L}RC\right)$ ${\ displaystyle Z_ {in} = \ left (R_ {L} + j \ omega R_ {L} RC \ right)}$ ${\ displaystyle Z_ {in} = \ left (R_ {L} + j \ omega R_ {L} RC \ right)}$

Aceasta este la fel ca o rezistență $R_{L}$ ${\ displaystyle R_ {L}}$ $R_L$ în serie cu o inductanță L = $R_{L}RC$ ${\ displaystyle R_ {L} RC}$ ${\ displaystyle R_ {L} RC}$ . Se deosebește de o adevărată inductanță prin termenul RC în paralel și de ce $R_{L}$ ${\ displaystyle R_ {L}}$ $R_L$ este mare comparativ cu rezistența unei adevărate inductanțe. O adevărată inductanță are o rezistență internă mică datorită numai firului din care este făcut. Acest lucru limitează factorul de calitate Q sau selectivitatea filtrelor care pot fi realizate cu o inductanță simulată.

Aplicații

Principala aplicație a unui girator este de a reduce dimensiunea și costurile unui sistem prin reducerea nevoii de inductoare voluminoase, grele și scumpe. De exemplu, caracteristicile unui filtru trece-jos RLC pot fi realizate cu condensatori, rezistențe și amplificatoare operaționale, fără a utiliza inductoare. În acest fel, un egalizator grafic hi-fi poate fi obținut cu condensatori, rezistențe și amplificatoare operaționale fără utilizarea inductoarelor datorită invenției giratorului. Unele variante ale giratorului sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele telefonice care se conectează la rețeaua telefonică POTS . Acest lucru a permis telefoanelor să devină mult mai mici, deoarece circuitul giratorului transportă componenta directă ( DC ) a curentului în circuitul de linie, permițând transformatorului care transportă semnalul sonor să fie mult mai mic datorită eliminării curentului continuu. Circuitele centralei telefonice au fost, de asemenea, influențate de utilizarea strungurilor în cardurile de linie . Giratoarele sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în hi-fi , egalizatoare grafice, egalizatoare parametrice, filtre band-pass și notch și în filtrele de detectare a tonului pilot stereo FM.

Există multe situații în care nu este posibil să utilizați un girator pentru a înlocui un inductor.

Sisteme de înaltă tensiune care utilizează transformatoare flyback (surse de alimentare cu lampă CCFL, tensiune anodică pentru afișaje CRT)
Sisteme de frecvență radio (aici inductanțele sunt de obicei foarte mici)
Convertoare de putere (UPS, convertoare DC / DC)

Notă

^ (RO) BDH Tellegen, The gyrator, un nou element de rețea electrică (PDF), în Philips Res. Rep., Vol. 3, aprilie 1948, pp. 81-101. Adus la 22 aprilie 2017 ( arhivat la 27 martie 2016) .