☆オペアンプを使ってインダクタンスを実現したい

☆オペアンプを使ってインダクタンスを実現したい
回路設計はしたことがないのですが、このたび必要に迫られて回路をつくることになりました。

オペアンプを使ってインダクタンスを等価的に実現しようと思ってます。
添付した図のGIG回路(以下のURLのなかの真ん中あたりでも見れます)を構成すると、
Z = j ω * C4 * R1 * R3 * R5 / R2
となりLを実現できるようです。
そこで、R1=10kΩ、R2=100、R3=1kΩ、C4=10ｎF、R5=100Ωという組み合わせを考え、シュミレーションソフトpspiceで走らせてみました。計算すると、L=0.1Hになるはずです。

R1の左端に振幅500mV、周波数100kHzの正弦波電源を接続し、その電圧と入力電流を測定してみると、確かに位相はπ/2ずれているようです。
ですが、なぜか電流に-8μAのオフセットがのった状態です・・。波形は正弦波で-8μAを中心に上下に振幅8μAです。なぜ電流にオフセットが？

シュミレーションで用いた素子はすべて理想素子を用いているはずなので、素子特性によるものとは考えずらいのですが・・。
ちなみにオペアンプ素子は[OPAMP/ANALOG]という名前のものを使いました。

どんなことでも結構ですので、アドバイスをください。お願いします！

参考回路→http://210.155.219.234/GIC.htm

No.1 ベストアンサー 回答者： inara1 回答日時： 2010/11/07 10:50

回路シミュレーションでみた結果、確かに -7μA のオフセットが乗っています（添付図左下）。

この回路の過渡応答を解析してみると、オペアンプのオープンループ利得が大きいほど（理想オペアンプに近いほど）、定常状態になるまで（オフセットがなくなるまで）の時間がかかるようです。シミュレーションでは t = 0 から 数十μs までの波形しか見ていないと思いますが、1.2s までの入力電流の波形をシミュレーションしてみると、添付図の右下のようになりました（このシミュレーションはかなり時間がかかります）。時間幅が大きいので波形は圧縮されて帯状になっていますが、t = 0 のとき 7μA あったオフセット電流は、徐々に小さくなり、1秒後にはほぼなくなっています。

詳細は割愛しますが、入力電圧が A0*sin( ω*t ) のとき、入力電流の過渡応答の時定数は
　　　C4*R5*[ 1 + A1*A2*R3/{ ( 1 + A1 )*R2 + ( 1 + A2 )*R3 } ]
となりました。A1 は上側のオペアンプのオープンループ利得、A2 は上側のオープンループ利得です。R1 = 10kΩ、R2 = 100Ω、R3 = 1kΩ、R5 = 100Ω、C = 10nF、A1 = A2 = 10^6 のときの時定数は 0.91秒になります。添付図の右下の波形は、シミュレーションの時間間隔を少し粗くしたためか、包絡線がきれいな指数関数的に変化していませんが、秒オーダの時定数であることが分かります。

回路シミュレータで使っているオペアンプモデルのオープンループ利得が ∞ ということはないと思います（10^7などの大きな数値になっているはず）。

この回答へのお礼

わざわざシュミレーション＆結果までありがとうございました！
時定数のことを考えていませんでした。すばらしい回答で疑問が解けました。

またわからないとき質問しますので、そのときはよろしくお願いいたします。

お礼日時：2010/11/08 17:20