Гиратор и его применение в электронных и измерительных цепях

Гиратор: определение и применение

Гиратором называется электронное устройство, реализующее схемную индуктивность на входе при емкостной нагрузке на выходе (рис. 9.1). Это уникальный прибор, создающий индуктивную катушку «из конденсатора». Естественно, что это катушка не реальная, а схемная, т. е. искусственная.

Рис. 9.1. Схема реализации одного из вариантов гиратора

Идея гиратора была предложена в 1948 г., при этом в литературе^[1] гиратор трактовался следующим образом: гиратор (от греч. уиро<; — круг) — это электрическая цепь, которая осуществляет преобразование импеданса. Другими словами, эта схема заставляет емкостные цепи проявлять индуктивные свойства.

Гиратор применяется во всех электронных и измерительных цепях, требующих использования малогабаритных индуктивных элементов. Например, в микросхемах можно вообще обходиться без катушек индуктивности, заменяя их гираторами, т. е. простыми электронными цепями, состоящими из конденсаторов, операционного усилителя или транзисторов и резисторов (см. рис. 9.1).

Электрическая схема гиратора и его граф

Существует различное число реализаций гираторов, проявляющих противоположные реактивные свойства, например полосовой (пропускающий) и режекторный (заграждающий) электрические фильтры и т. д. Рассмотрим один из вариантов такого гиратора с подтверждением реализации его свойств на основе широко применяемой в радиотехнике топографической модели системы уравнений, называемой графом схемы (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Граф гиратора

Граф состоит из узлов (вершин), отображающих задающие токи и узловые напряжения цепи, а также ветвей, указывающих, от каких переменных зависят эти напряжения.

Проанализируем граф и выведем итоговое выражение для гиратора.

Согласно графу на рис. 9.2 имеем пять линейных уравнений гиратора:

Из (2) имеем и_е - и_с; из (4) имеем и_а = и_с. Следовательно, и_е -= и_с = и_а.

Полагая, что У_н = 1/Х_н и С = 1/К, выразим из (1) и_ь:

т. е.

Из (3) выразим и_а, заменяя и_е потенциалом и_а:

отсюда

Подставим в (5) уравнения (6) и (7):

откуда

В итоге имеем

6. Вывод. Получено условие данного гиратора, гласящее:

т. е. вход гиратора фактически имеет индуктивные свойства.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Что такое гиратор и где он применяется?
• 2. Что такое граф гиратора и для каких целей он в основном используется?
• 3. Изобразите граф гиратора.

• [1] Tellegen B. D. H. The gyrator, a new electric network element // Philips Res. Rep. 1948. Vol. 3. P. 81—101; Adams K. M., Deprettere E. F. A., Voorman J. O. The gyrator in electronic systems // Advances in Electronics and Electron Physics. Academic Press, Inc., 1975. Vol. 37. P. 79—180.