Entwurfsbeispiel: Kapazitätsmultiplikator

Kapazitätsmultiplikatorschaltungen werden in integrierten Schaltkreisen verwendet, um ein Vielfaches einer kleinen physikalischen Kapazität zu erzeugen, wenn eine hochwertige Kapazität erforderlich ist.

Diese Schaltungen sind mit einer Kombination aus Operationsverstärkern, Widerständen und Kondensatoren aufgebaut.

Der erste Operationsverstärker in der Schaltung fungiert als Spannungsfolger, während der zweite Operationsverstärker als invertierender Verstärker fungiert.

Der Spannungsfolger isoliert die von der Schaltung gebildete Kapazität von der Belastung durch den invertierenden Verstärker.

Da kein Strom in die Eingangsklemmen des Operationsverstärkers gelangt, fließt der Eingangsstrom durch den Rückkopplungskondensator.

Durch die Anwendung von KCL wird eine Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung in Bezug auf die Widerstände erhalten, die in den Stromausdruck einfließen kann.

Durch das Neuanordnen der Ausdrücke kann die Eingangsimpedanz weiter bestimmt werden.

Durch die Auswahl geeigneter Widerstandswerte kann eine effektive Kapazität zwischen Eingangsklemme und Masse erzeugt werden, die ein Vielfaches der physikalischen Kapazität beträgt.

Um eine Sättigung der Operationsverstärker zu verhindern, wird die effektive Kapazität durch die invertierte Ausgangsspannung begrenzt. Mit zunehmender Kapazitätsvervielfachung muss die maximal zulässige Eingangsspannung abnehmen.