En kvadratrotsförstärkare är en krets som tar en signal som ingång och producerar en utgång som är kvadratroten av insignalen. Denna typ av förstärkare används ofta i applikationer där amplituden för en signal behöver komprimeras, till exempel i ljudbearbetnings- eller AGC-kretsar (automatic gain control).
Så här designar du en enkel kvadratrotsförstärkare med operationsförstärkare (op-amps):
1. Grundprincip:
Grundprincipen bakom en kvadratrotsförstärkare är att använda en spänningsstyrd förstärkare (VCA) vars förstärkning är proportionell mot kvadratroten av ingångsstyrspänningen. Detta kan uppnås genom att använda en logaritmisk förstärkare eller en exponentiell förstärkare.
2. Logaritmisk förstärkare:
Ett tillvägagångssätt är att använda en op-amp i en logaritmisk konfiguration. Det logaritmiska förhållandet mellan ingångsspänningen (Vin) och utspänningen (Vout) kan uppnås med hjälp av en diod och ett motstånd. Den logaritmiska förstärkarens utgång är proportionell mot logaritmen för inspänningen.
3. Exponentiell förstärkare:
För att få ett kvadratrotssamband kan vi använda en annan op-förstärkare som en exponentiell förstärkare. Detta kan göras genom att ansluta en kondensator och ett motstånd i op-förstärkarens återkopplingsväg. Exponentialförstärkarens utsignal är proportionell mot inspänningens exponential.
4. Kombinera log- och exp-förstärkare:
Den slutliga kvadratrotsförstärkaren kan erhållas genom att kaskadkoppla den logaritmiska förstärkaren och den exponentiella förstärkaren. Den logaritmiska förstärkarens utsignal matas till exponentialförstärkarens ingång för att generera en utsignal som är proportionell mot kvadratroten av inspänningen.
5. Kretstopologi:
Följande är ett förenklat kretsschema för en kvadratrotsförstärkare som använder op-amps:
[Bild av kvadratrotsförstärkarens kretsschema]
I denna krets är operationsförstärkaren U1 konfigurerad som en logaritmisk förstärkare med användning av dioden Dl och motståndet R1. Utgången på U1 ansluts sedan till ingången på U2, som är konfigurerad som en exponentiell förstärkare med hjälp av kondensatorn Cl och motståndet R2.
6. Komponentval:
Komponentvärdena (diod, motstånd och kondensator) bör väljas baserat på önskad förstärkning och frekvenssvar för kvadratrotsförstärkaren. Korrekt förspänning av op-förstärkarna kan också krävas.
7. Utgångsjustering:
Utsignalen från kvadratrotsförstärkaren kan justeras genom att variera förstärkningen på exponentialförstärkaren (U2). Detta kan göras genom att ändra värdet på återkopplingsmotståndet R2.
8. Praktiska överväganden:
I praktiska implementeringar måste faktorer som temperaturstabilitet, brus och bandbreddsbegränsningar beaktas. Ytterligare kretsar kan behövas för att lösa dessa problem.
Genom att följa detta tillvägagångssätt kan du designa en kvadratrotsförstärkare som använder op-amps för att uppnå ett olinjärt förhållande mellan ingångs- och utsignalerna.