Извлечение квадратного корня напряжения


8

Я пытаюсь найти схему, которая будет производить напряжение, которое является некоторым фактором квадратного корня из входного напряжения. Т.е. . Коэффициент К не имеет значения.Vout(t)=KVin(t)

Я посмотрел на схему внизу этой страницы . Проблема в том, что он использует MOSFET, а формула, предсказывающая вывод, требует различных параметров (некоторые из которых, как мне сильно различаются даже среди устройств одной и той же модели, а некоторые из которых я бы не не знаю как найти по паспортам)μn,Cox,Vth

Я хотел бы найти альтернативную схему, которая имеет последовательный и предсказуемый выход, прежде чем я куплю необходимые компоненты.

Когда я говорю, что К не имеет значения, я просто имел в виду, что позже я могу усилить выходной сигнал на постоянный коэффициент, если это необходимо. Это должно быть последовательным и предсказуемым, хотя.


Если фактор K не имеет значения, то факторы C, mu, W, L не имеют значения.
Дэвид

Эти факторы различаются между транзисторами одной и той же модели. Не имеет значения в том смысле, что я могу усилить, чтобы нормализовать K до определенного значения, но я не могу настроить каждую цепь индивидуально, основываясь на свойствах транзисторов.
Киган Джей

Ответы:


18

Простым подходом было бы использование аналогового умножителя ( MC1495 был ранним, Analog Devices AD633 или Burr-Brown (упс, Texas Instruments!) MPY534 - более новые) в качестве схемы возведения в квадрат в контуре обратной связи оператора. усилитель.

Чтобы использовать множитель для возведения в квадрат напряжения, просто подключите это напряжение к обоим входам. Подключите входное напряжение к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход операционного усилителя - к входам умножения, а выход мультипликатора - к инвертирующему входу усилителя.

Если Vout2=Vin тогда Vout=Vin,

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Такие детали, как смещение постоянного тока, оставлены в качестве упражнения ...

(Примечание: аналоговые умножители в значительной степени зависят от «согласованных пар» транзисторов; сравнительно легко сопоставить 2 транзистора, если одновременно сделать оба в одной и той же области на одном чипе!)


Хорошая идея! Очень элегантный подход. Может быть волосы на дорогой стороне, но должно работать хорошо.
Скотт Сейдман

Повесьте, хорошо сделано.
Энди ака

1495-е не такие дорогие ... лучше, да - вы получаете то, за что платите.
Брайан Драммонд

Это на самом деле удивительно, поскольку формула для квадратного корня просто выпадает из узлового анализа операционного усилителя. Спасибо!
Киган Джей

Я немного опоздал на эту вечеринку, но этот ответ является неинвертирующей (читай: менее стабильной) версией решения, приведенной в Замечании по применению AN489, Анализ и основные операции MC1595 Эд Реншлера. Сейчас это немного сложно найти, но он очень подробно объясняет, как работает схема, и имеет несколько примеров схем, одна из которых. Существует в настоящее время сканирования его здесь .
TrivialCase

7

Если у вас есть несколько BJT и операционный усилитель, то вам нужен быстрый транслинальный аналоговый квадратный корень BJT! V (OUT) = SQRT (V (IN)) / 10 в этом случае:

( Откройте и запустите симуляцию DC Sweep в CircuitLab.)

Что касается «согласованных транзисторов», то в данном случае:

  • Несоответствие в Q1 / Q2 / Q3 / Q4 или в Q6 / Q7 приведет к небольшой ошибке масштабного коэффициента (о которой вы заявили, что вы все равно не сильно беспокоитесь)
  • Q5 не зависит от совпадения
  • изменение температуры между различными транзисторами может привести к погрешности шкалы
  • Вы можете смоделировать несоответствие, отрегулировав I_S одного транзистора. Посмотрите этот пример светодиода для чего-то похожего в корпусе светодиода. (Вы также можете иметь B_F "бета" несоответствие, но в этой конкретной схеме это менее важно.)

Я добавил несколько примечаний к схеме. Я уверен, что другие могут помочь упростить или сделать это более надежным, но я надеюсь, что это хорошее начало с использованием деталей, которые вы, вероятно, уже имеете на своем стенде!


4

Из заявки TI 31 :

введите описание изображения здесь

Может работать с другими операционными усилителями. См. Примечание по применению для получения подробной информации о работе LM101A от однополярного источника питания.


Что подразумевается под «подобранными парами»? Кроме того, выход этой схемы не описан, кроме как «экстрактор корня». Должен ли я считать, что он вычисляет точный квадратный корень или есть какие-то факторы или константы? Извините, мой опыт EE ограничен.
Киган Джей

Говорят, что транзисторы «согласованы», когда их различные характеристики очень близки к одному и тому же значению (поскольку транзисторы одной и той же модели могут изменяться из-за несоответствий в пластине). Что касается того, что он делает, это происходит из раздела математических операций; Я на самом деле не построил его раньше, поэтому не могу подтвердить его точность.
Игнасио Васкес-Абрамс

Значит ли это, что для построения этой схемы мне нужно купить большое количество 2N3728 и найти пары с близкими свойствами? Спасибо за вашу помощь!
Киган Джей

Возможно, вы сможете заменить микросхему, уже содержащую соответствующую пару, при условии, что другие характеристики аналогичны характеристикам 2N3728; этот AN был написан давно, и с тех пор некоторые вещи изменились или продвинулись.
Игнасио Васкес-Абрамс

3

Это не предназначено, чтобы быть ответом или явным решением, скорее расширением, почему нет никаких интегрированных решений с одним чипом. Возможно, спрос слишком низкий, когда вы можете теперь использовать цифровое решение с квантованием, используя 12 или 16 АЦП с лог-кодеками или алгоритмами логарифмирования, и разделить на 2 в двоичном виде, так как логарифм показателя степени ^ (0,5) имеет множитель 0,5 в результат.

Квадратный дизайн корней представлен во многих аналоговых вариациях от 1 до 16 интегрированных деталей со сложностями точного согласования, текущими зеркалами, зеркалами смещения для использования квадратичного нелинейного поведения полевых транзисторов. Они были постоянной темой исследований EE Profs с получением контролируемых результатов, охватывающих от 3 до 7+ десятилетий. Проблемы возникают из-за изменений порога RgsON, Vgs и саморазогрева.

Лишь немногие из этих экспериментальных тематических экспериментов когда-либо попадали в производство, возможно, из-за сложности управления процессом контроля допинга и изготовления для получения требуемой согласованности, которая на несколько порядков сложнее, чем логика КМОП. Нулевое задание является наиболее критичным для ошибок, а дифференциальный выход обеспечивает большую линейность результата Sq Rt. Учитывая отрицательную обратную связь, когда используется инвертирование, академично, что усилители sq. Rt имеют тенденцию принимать отрицательный вход, чтобы дать положительный выходной сигнал, но это не маргинальное число. Ха.

Радоваться, веселиться.


2

Я бы порекомендовал логарифмический усилитель, за которым следует линейный усилитель с усилением 0,5, а затем антилогенный усилитель. Вы можете купить усилители для журналов и антилогов в качестве одноцелевых микросхем. Burr-Brown 4127 будет обрабатывать бревно и антилог, но устарел. AD8307 может быть другим выбором

Другой подход, в зависимости от ваших требований к пропускной способности и некоторых других вещей, заключается в передаче проблемы микроконтроллеру и ЦАП.


2

Работает в Spice, потребовалось около суток, чтобы разобраться. Сеть резисторов второй ступени устраняет смещения, из-за которых секция третьего операционного усилителя перегружается с точностью до 1 дБ для ВЧ / МВт диодного детектора Шоттки введите описание изображения здесь. .0005 В постоянного тока - 1.000 В постоянного тока


1
Можете ли вы объяснить, как работает эта схема? Похоже, что может быть проблема с некоторыми значениями резистора.
Дэйв Твид

Я на самом деле не собирал и не тестировал его, а симулировал на специях. Если симулировать оригинальный способ, симуляция не будет работать. Это фактическая схема из моделирования специй. На самом деле нет объяснения, почему. Это просто работает. Пробовал другие операционные усилители в симе, такие как MAX410 LM124N и несколько других. LM318 работает лучше всего.
Дан Клоноски

Я фактически начал с делителя напряжения 10К / 10К, и схема не будет работать вообще и перегрузит третью ступень. Я удалил разделительную сеть и добавил небольшую сеть усиления, а затем начал манипулировать значениями и добавил третий резистор для управления током второго транзистора, чтобы получить желаемые результаты. Это то, что я закончил.
Дан Клоноски

Единственное, о чем я могу подумать, это оригинальная схема, в которой был назван транзистор 2n5428, и я не смог найти никакой информации об этом типе, поскольку он устарел на 30 лет, поэтому я заменил обычный 2n3904.
Дан Клоноски

В симуляции ваши транзисторы идеально согласованы. Это не будет иметь место в реальном мире.
mng
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.