En kvadratrodsforstærker er et kredsløb, der tager et signal som input og producerer et output, der er kvadratroden af inputsignalet. Denne type forstærker bruges ofte i applikationer, hvor amplituden af et signal skal komprimeres, såsom i lydbehandling eller automatiske forstærkningskontrol (AGC) kredsløb.
Sådan designer du en simpel kvadratrodsforstærker ved hjælp af operationsforstærkere (op-amps):
1. Grundprincip:
Grundprincippet bag en kvadratrodsforstærker er at bruge en spændingsstyret forstærker (VCA), hvis forstærkning er proportional med kvadratroden af indgangsstyrespændingen. Dette kan opnås ved at bruge en logaritmisk forstærker eller en eksponentiel forstærker.
2. Logaritmisk forstærker:
En tilgang er at bruge en op-amp i en logaritmisk konfiguration. Det logaritmiske forhold mellem indgangsspændingen (Vin) og udgangsspændingen (Vout) kan opnås ved hjælp af en diode og en modstand. Den logaritmiske forstærkers output er proportional med logaritmen af indgangsspændingen.
3. Eksponentiel forstærker:
For at opnå et kvadratrodsforhold kan vi bruge en anden op-amp som eksponentiel forstærker. Dette kan gøres ved at forbinde en kondensator og en modstand i op-forstærkerens feedbackvej. Udgangen af den eksponentielle forstærker er proportional med den eksponentielle af indgangsspændingen.
4. Kombination af log- og exp-forstærkere:
Den endelige kvadratrodsforstærker kan opnås ved at kaskadekoble den logaritmiske forstærker og den eksponentielle forstærker. Den logaritmiske forstærkers output føres ind i eksponentialforstærkerens input for at generere et output, der er proportionalt med kvadratroden af inputspændingen.
5. Kredsløbstopologi:
Det følgende er et forenklet kredsløbsdiagram af en kvadratrodsforstærker, der bruger op-amps:
[Billede af kvadratrodsforstærkerkredsløbsdiagram]
I dette kredsløb er op-amp U1 konfigureret som en logaritmisk forstærker ved hjælp af dioden D1 og modstanden R1. Udgangen på U1 forbindes derefter med indgangen på U2, som er konfigureret som en eksponentiel forstærker ved hjælp af kondensatoren C1 og modstanden R2.
6. Komponentvalg:
Komponentværdierne (diode, modstande og kondensator) bør vælges baseret på den ønskede forstærkning og frekvensrespons for kvadratrodsforstærkeren. Korrekt forspænding af op-forstærkerne kan også være påkrævet.
7. Outputjustering:
Udgangen af kvadratrodsforstærkeren kan justeres ved at variere forstærkningen af den eksponentielle forstærker (U2). Dette kan gøres ved at ændre værdien af tilbagekoblingsmodstanden R2.
8. Praktiske overvejelser:
I praktiske implementeringer skal faktorer som temperaturstabilitet, støj og båndbreddebegrænsninger tages i betragtning. Yderligere kredsløb kan være påkrævet for at løse disse problemer.
Ved at følge denne tilgang kan du designe en kvadratrodsforstærker ved hjælp af op-amps for at opnå et ikke-lineært forhold mellem input- og outputsignalerne.