En kvadratrotforsterker er en krets som tar et signal som inngang og produserer en utgang som er kvadratroten av inngangssignalet. Denne typen forsterkere brukes ofte i applikasjoner der amplituden til et signal må komprimeres, for eksempel i lydbehandling eller automatisk forsterkningskontroll (AGC) kretser.
Slik designer du en enkel kvadratrotforsterker ved hjelp av operasjonsforsterkere (op-amps):
1. Grunnleggende prinsipp:
Grunnprinsippet bak en kvadratrotforsterker er å bruke en spenningsstyrt forsterker (VCA) hvis forsterkning er proporsjonal med kvadratroten av inngangskontrollspenningen. Dette kan oppnås ved å bruke en logaritmisk forsterker eller en eksponentiell forsterker.
2. Logaritmisk forsterker:
En tilnærming er å bruke en op-amp i en logaritmisk konfigurasjon. Det logaritmiske forholdet mellom inngangsspenningen (Vin) og utgangsspenningen (Vout) kan oppnås ved hjelp av en diode og en motstand. Den logaritmiske forsterkerens utgang er proporsjonal med logaritmen til inngangsspenningen.
3. Eksponentiell forsterker:
For å få et kvadratrotforhold kan vi bruke en annen op-amp som eksponentiell forsterker. Dette kan gjøres ved å koble en kondensator og en motstand i tilbakemeldingsbanen til op-ampen. Utgangen fra eksponentialforsterkeren er proporsjonal med eksponentialen til inngangsspenningen.
4. Kombinere log- og exp-forsterkere:
Den endelige kvadratrotforsterkeren kan oppnås ved å kaskadere den logaritmiske forsterkeren og den eksponentielle forsterkeren. Den logaritmiske forsterkerens utgang mates inn i eksponentialforsterkerens inngang for å generere en utgang som er proporsjonal med kvadratroten av inngangsspenningen.
5. Kretstopologi:
Følgende er et forenklet kretsskjema av en kvadratrotforsterker som bruker op-amps:
[Bilde av kvadratrotforsterkerkretsdiagram]
I denne kretsen er op-amp U1 konfigurert som en logaritmisk forsterker ved bruk av dioden D1 og motstanden R1. Utgangen til U1 kobles så til inngangen til U2, som er konfigurert som en eksponentiell forsterker ved bruk av kondensatoren C1 og motstanden R2.
6. Komponentvalg:
Komponentverdiene (diode, motstander og kondensator) bør velges basert på ønsket forsterkning og frekvensrespons til kvadratrotforsterkeren. Riktig forspenning av op-forsterkerne kan også være nødvendig.
7. Utgangsjustering:
Utgangen til kvadratrotforsterkeren kan justeres ved å variere forsterkningen til eksponentialforsterkeren (U2). Dette kan gjøres ved å endre verdien på tilbakekoblingsmotstanden R2.
8. Praktiske vurderinger:
I praktiske implementeringer må faktorer som temperaturstabilitet, støy og båndbreddebegrensninger tas i betraktning. Ytterligere kretser kan være nødvendig for å løse disse bekymringene.
Ved å følge denne tilnærmingen kan du designe en kvadratrotforsterker ved å bruke op-amps for å oppnå et ikke-lineært forhold mellom inngangs- og utgangssignalene.