提取电压的平方根

电器工程 电压 运算放大器 场效应管
2022-01-08 18:35:25

我试图发现一个会产生电压的电路,该电压是输入电压平方根的某个因子。即\$V_{out}(t) = K\sqrt{V_{in}(t)}\$。因子 K 无关紧要。

我查看了本页底部的电路问题是它使用了 MOSFET,并且预测输出的公式需要各种参数 \$\mu_n、C_{ox}、V_{th}\$(我认为即使在相同型号的器件中,其中一些也会有很大差异,还有一些其中我不知道如何从数据表中找到)

在购买必要的组件之前,我想找到一个具有一致且可预测的输出的替代电路。

当我说 K 无关紧要时,我的意思是我以后可以根据需要将输出放大一个常数因子。不过,它需要保持一致和可预测。

4个回答

一种简单的方法是在运算器的反馈环路中使用模拟乘法器(MC1495是早期的,Analog Devices AD633或 Burr-Brown(哎呀,德州仪器!)MPY534是更好的新产品)作为平方电路。放大器。

要使用乘法器对电压进行平方,只需将该电压连接到两个输入。将输入电压连接到运算放大器的非反相输入,将运算放大器输出连接到乘法输入,将乘法输出连接到运算放大器的反相输入。

如果 \$ V_{out}^2 = V_{in} \$ 那么 \$ V_{out} = \sqrt{V_{in}} \$。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

诸如直流偏置之类的细节留作练习......

(旁注:模拟乘法器严重依赖晶体管的“匹配对”;如果您在同一芯片的同一区域同时制作两个晶体管,则匹配两个晶体管相对容易!)

如果您有一些 BJT 和一个运算放大器,那么一个快速的跨线性BJT 模拟平方根就是您的全部了!V(OUT) = SQRT(V(IN))/10 在这种情况下:

在 CircuitLab 中打开并运行 DC Sweep 仿真。)

至于“匹配的晶体管”,在这种情况下:

  • Q1/Q2/Q3/Q4 或 Q6/Q7 中的不匹配会产生轻微的比例因子误差(你已经说过你不太关心)
  • Q5 不依赖于匹配
  • 不同晶体管之间的温度变化可能会产生比例误差
  • 您可以通过调整一个晶体管的 I_S 来模拟失配。有关 LED 案例中的类似内容,请参阅此 LED 示例(你也可以有 B_F “beta”不匹配,但在这个特定的电路中,它不是一个因素。)

我在原理图上添加了一些注释。我相信其他人可以帮助简化或使其更健壮,但我希望这是一个好的开始,使用你可能已经在你的工作台上拥有的零件!

来自TI 应用说明 31

在此处输入图像描述

可与其他运算放大器一起使用。有关使用单端电源运行 LM101A 的详细信息,请参阅应用说明。

这不是一个答案或一个明确的解决方案,而是解释为什么没有任何单芯片集成解决方案。也许需求太低了,当您现在可以使用带有对数编解码器或对数算法的 12 或 16 个 ADC 进行量化并以二进制除以 2 的数字解决方案时,因为指数 ^(0.5) 的对数中的乘数为 0.5结果。

平方根设计有许多模拟变化,从 1 到 16 个集成部件,具有精密匹配、电流镜、偏置镜的复杂性,以使用 FET 的二次非线性行为。它们一直是 EE 教授的永久研究课题,其控制结果跨越了 3 到 7 个以上的十年。问题是由 RgsON、Vgs 阈值和自热的变化引起的。

这些研究课题实验中很少有投入生产,这可能是因为难以控制掺杂和制造控制的过程以获得所需的一致性,这比 CMOS 逻辑要困难几个数量级。零参考对于误差来说是最关键的,差分输出在 Sq Rt 结果中提供了更高的线性度。考虑到使用负反馈是反相的,理论上 sq. rt 安培倾向于采用负输入来给出正输出,但这不是一个虚数。哈。

玩得开心。