Operationsverstärker

Simulierte Induktivität


Die beiden Schaltungen im Bild rechts sind vergleichbar. Der Operationsverstärker (OP1) simuliert eine gegen Masse geschaltete Spule (Induktivität).

Funktion:

Legt man eine Gleichspannung an eine Spule, so steigt der Strom langsam bis auf seinen maximalwert an.
Mit einem Operationsverstärker kann dieses Verhalten simuliert werden. OP1 dient nur als Puffer um C1 und R2 nicht zu belasten. Die Spannung an R2 ist gleich der Ausgangsspannung des OP1. Wird eine Gleichspannung an "E" angeschlossen, so steigt auch die Spannung am Widerstand R2 und am Ausgang des OP1 um diesen Wert, da der Kondensator C1 bei diesem schnellen Spannungsanstieg seinen Ursprünglichen Ladezustand kurzzeitig beibehält. Erst langsam wird C1 über R2 aufgeladen. Dadurch sinkt die Spannung an R2 und somit auch am Ausgang des OP1, was dann einen steigenden Stromfluß von "E" über R1 zufolge hat. Der Strom steigt also genau wie bei der Spule langsam an.

Die Schaltung kann anstelle einer Spule direkt eingesetzt werden. Zum Beispiel kann man eine Spule mit einer Induktivität von 7,5 Henry (!) mit einem Kondensator (C1) von nur 150nF simulieren.
Im Bild links sind Spulen mit 0,3mH, 0,8mH und 3,0mH abgebildet. Die größte der Spulen hat einen Durchmesser von ca 8cm. Selbstverständlich kann die Schaltung nur für kleine Leistungen eingesetzt werden, da der Operationsverstärker den nötigen entgegenwirkenden Strom liefern muß.



Berechnung:

R1 wirkt genauso wie der Verlustwiderstand einer Spule. Er sollte aber trotzdem nicht zu klein gewählt werden. Werte im Bereich von 100 Ohm bis 500 Ohm sind Ok. R2 kann auf ca 100 K-Ohm festgelegt werden - Nicht zu niedrig wählen, da er das Eingangssignal möglichst nicht belasten sollte.

Berechnung der Induktivität

Berechnung von C1

Beispiel:

Es soll eine Spule mit einer Induktivität von 1H simuliert werden. Für R1 legen wir mal auf 300R und für R2 100K fest. Fehlt also nur noch C1:





Setzen wir einen 33nF Kondensator ein, dann kommen wir auf eine Induktivität von 0,987H.

(C) Doc 2010