Żyrator

Żyrator jest układem elektronicznym umożliwiającym „odwracanie” impedancji. Innymi słowy układ zbudowany na elementach pojemnościowych będzie przejawiał właściwości indukcyjne (nie będzie to indukcyjność w sensie fizycznym, ale indukcyjność z punktu widzenia teorii obwodów). Idea żyratora została opracowana około 1948 w laboratoriach firmy Philips. Stosuje się go głównie w układach filtrów aktywnych.

Żyrator idealny jest czwórnikiem opisanym stałą żyracji większą od zera.

Wady i zalety

Żyrator symulujący indukcyjność

Żyrator jest stosowany do symulowania elementów indukcyjnych w niewielkich wymiarowo układach elektronicznych, np. w układach scalonych. Ponieważ rzeczywista cewka ma zazwyczaj spore wymiary, zwłaszcza jeżeli wykazuje dużą indukcyjność, stosowanie jej w układach o dużej miniaturyzacji jest praktycznie niemożliwe. Do istotnych wad cewek zalicza się także wytwarzane przez nie pole magnetyczne, które indukuje w otaczających ją przewodach (ścieżkach drukowanych) niepożądane prądy, zwiększając szumy w układzie oraz tworząc nieplanowane sprzężenia. Poza tym, rzeczywisty kondensator jest znacznie bardziej zbliżony do idealnej pojemności niż rzeczywista cewka do idealnej indukcyjności (niepomijalna rezystancja i występowanie zjawiska nasycenia). Tak więc układ symulujący indukcyjność za pomocą pojemności może osiągnąć znacznie lepsze właściwości niż rzeczywisty element indukcyjny. Przy produkcji masowej ważnym atutem takiego układu jest niska – w porównaniu do cewek – cena elementów składowych. Wadą żyratora jest ograniczenie mocy przenoszonych przez układ – w przypadku układów wysokonapięciowych lub układów mocy zastosowanie przestaje mieć sens. Oprócz tego żyrator – jako element aktywny – w przeciwieństwie do cewki wymaga zewnętrznego zasilania. Zwykle jednak pochłaniana moc jest niewielka.

Zasada działania

Układ odwraca działanie kondensatora. Wynikiem działania jest impedancja wejściowa w postaci

$Z=R_{\mathrm {L} }+j\omega L.$

Jest to forma charakterystyczna dla idealnej cewki $L$ z szeregową rezystancją $R_{L}.$ Wartości obliczamy na podstawie wzoru:

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

Jeżeli $R$ jest znacznie większe niż $R_{L}$ równanie możemy uprościć do postaci:

$Z_{\mathrm {in} }=R_{\mathrm {L} }+j\omega R_{\mathrm {L} }RC.$

Dobierając odpowiednio wartości elementów $R_{L},$ $R$ i $C$ można osiągnąć żądaną wartość indukcyjności oraz dobroci obwodu.