IL “GIRATORE”

Semplice circuito giratore

Ovvero come simulare un elemento induttivo notevole in un circuito elettronico di piccole dimensioni, è questo lo scopo del cosiddetto Gyrator o “giratore” che, nella sua versione meno sofisticata, è realizzabile con un transistor e una manciata di componenti discreti. E’ una soluzione molto pratica ed efficace per mille usi fra cui, ad esempio, quello di filtro di spianamento per linee di alimentazione (la corrente erogabile dipende dal transistor). Il circuito nell’immagine di apertura, con un con un assorbimento a vuoto di soli 16,5mA ed un drop-out di circa 1V, ci permette di filtrare la nostra linea di alimentazione con reiezione teorica che va da un minimo di 100dB già alle basse frequenze (10Hz) a oltre 200dB di punta intorno ai 18Khz, vedi grafico di seguito

Funzione di trasferimento del circuito (attenuazione al variare della frequenza)

Lo schema ed i grafici in questo articolo sono stati simulati con il software SPICE di Texas Instrument TINA-TI (che consiglio caldamente per semplicità ed immediatezza), ma posso garantire che anche nella pratica, fintanto che si resti nelle basse frequenze, il circuito è estremamente efficace… tanto che l’ho recentemente utilizzato per stabilizzare l’alimentazione in un riferimento di tensione (REF02) che garantisce un’accuratezza di 10ppm (10 parti per milione).

Il riferimento di tensione di si avvale di un giratore per la linea di alimentazione (foto cortesia di Itinktinkering che si è prestato gentilmente alla calibrazione)

I più attenti noteranno che nonostante il transistor sia un NPN, in questo schema è stato costretto ad erogare corrente via emettitore in una configurazione high-side; è quindi fondamentale sceglierlo con cura a seconda delle proprie esigenze potenza, tuttavia, questo BD137 ci consente già di erogare qualche watt senza surriscaldarsi (un piccolo dissipatore è comunque consigliabile). Oltre al transistor, polarizzato da R1 e R2, il componente fondamentale è il condensatore C1, è quest’ultimo a fungere da filtro e da “induttanza invertita” che caratterizza il nostro filtro passa basso e, com’é facile aspettarsi: maggiore è la capacità, maggiore è la reiezione.

Analisi di risposta ai transienti – notare il tempo di entrata a regime

Tuttavia, come potete vedere anche nel grafico soprastante, aumentando la capacità, incrementa anche il tempo di “accensione” del circuito che, con 1000uF, impiega circa 1/4 di secondo per andare a regime (250ms). Nel medesimo grafico già è evidente come l’uscita del circuito assolutamente piana e continua a fronte di un input tutt’altro “continuo” (9,5V di offset con un ripple di addirittura 1Vpp a 50Hz). Lo screenshoot qui sotto vi da un’idea più “tangibile” di quanto sia efficace il giratore già a soli 50Hz: con un ripple in ingresso di 1Vpp (+-500mV), in uscita avremo un residuo in alternata al limite del misurabile (circa 1uV).

Rapporto fra ripple in ingresso (1Vpp) e in uscita (1uV)