Een wortelversterker is een circuit dat een signaal als invoer neemt en een uitvoer produceert die de vierkantswortel is van het invoersignaal. Dit type versterker wordt vaak gebruikt in toepassingen waarbij de amplitude van een signaal moet worden gecomprimeerd, zoals in audioverwerking of automatische versterkingsregeling (AGC) circuits.
U kunt als volgt een eenvoudige vierkantswortelversterker ontwerpen met behulp van operationele versterkers (op-amps):
1. Basisprincipe:
Het basisprincipe achter een wortelversterker is het gebruik van een spanningsgestuurde versterker (VCA) waarvan de versterking evenredig is met de vierkantswortel van de ingangsstuurspanning. Dit kan worden bereikt door een logaritmische versterker of een exponentiële versterker te gebruiken.
2. Logaritmische versterker:
Eén benadering is het gebruik van een op-amp in een logaritmische configuratie. De logaritmische relatie tussen de ingangsspanning (Vin) en de uitgangsspanning (Vout) kan worden bereikt met behulp van een diode en een weerstand. De uitvoer van de logaritmische versterker is evenredig met de logaritme van de ingangsspanning.
3. Exponentiële versterker:
Om een vierkantswortelrelatie te verkrijgen, kunnen we een andere op-amp gebruiken als exponentiële versterker. Dit kan worden gedaan door een condensator en een weerstand aan te sluiten in het feedbackpad van de op-amp. De uitgang van de exponentiële versterker is evenredig met de exponentiële ingangsspanning.
4. Log- en Exp-versterkers combineren:
De uiteindelijke vierkantswortelversterker kan worden verkregen door de logaritmische versterker en de exponentiële versterker in cascade te plaatsen. De uitvoer van de logaritmische versterker wordt naar de invoer van de exponentiële versterker gevoerd om een uitvoer te genereren die evenredig is met de vierkantswortel van de ingangsspanning.
5. Circuittopologie:
Het volgende is een vereenvoudigd schakelschema van een vierkantswortelversterker die gebruik maakt van op-amps:
[Afbeelding van het schakelschema van de vierkantswortelversterker]
In dit circuit is de op-amp U1 geconfigureerd als een logaritmische versterker met behulp van de diode D1 en weerstand R1. De uitgang van U1 wordt vervolgens verbonden met de ingang van U2, die is geconfigureerd als een exponentiële versterker met behulp van de condensator Cl en weerstand R2.
6. Componentselectie:
De componentwaarden (diode, weerstanden en condensator) moeten worden gekozen op basis van de gewenste versterking en frequentierespons van de wortelversterker. Het kan ook nodig zijn dat de op-amps correct worden ingesteld.
7. Uitgangsaanpassing:
De uitvoer van de wortelversterker kan worden aangepast door de versterking van de exponentiële versterker (U2) te variëren. Dit kan gedaan worden door de waarde van de feedbackweerstand R2 te veranderen.
8. Praktische overwegingen:
Bij praktische implementaties moet rekening worden gehouden met factoren als temperatuurstabiliteit, ruis en bandbreedtebeperkingen. Er kunnen aanvullende circuits nodig zijn om deze problemen aan te pakken.
Door deze aanpak te volgen, kunt u een wortelversterker ontwerpen met behulp van op-amps om een niet-lineaire relatie tussen de ingangs- en uitgangssignalen te bereiken.