Wzmacniacz pierwiastkowy to obwód, który przyjmuje sygnał jako sygnał wejściowy i wytwarza sygnał wyjściowy będący pierwiastkiem kwadratowym z sygnału wejściowego. Ten typ wzmacniacza jest często używany w zastosowaniach, w których wymagana jest kompresja amplitudy sygnału, na przykład w obwodach przetwarzania dźwięku lub automatycznej kontroli wzmocnienia (AGC).
Oto jak zaprojektować prosty wzmacniacz pierwiastkowy przy użyciu wzmacniaczy operacyjnych (wzmacniaczy operacyjnych):
1. Podstawowa zasada:
Podstawową zasadą wzmacniacza pierwiastkowego jest użycie wzmacniacza sterowanego napięciem (VCA), którego wzmocnienie jest proporcjonalne do pierwiastka kwadratowego wejściowego napięcia sterującego. Można to osiągnąć za pomocą wzmacniacza logarytmicznego lub wzmacniacza wykładniczego.
2. Wzmacniacz logarytmiczny:
Jednym z podejść jest użycie wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji logarytmicznej. Logarytmiczną zależność pomiędzy napięciem wejściowym (Vin) a napięciem wyjściowym (Vout) można uzyskać za pomocą diody i rezystora. Moc wyjściowa wzmacniacza logarytmicznego jest proporcjonalna do logarytmu napięcia wejściowego.
3. Wzmacniacz wykładniczy:
Aby uzyskać pierwiastek kwadratowy, możemy użyć innego wzmacniacza operacyjnego jako wzmacniacza wykładniczego. Można tego dokonać podłączając kondensator i rezystor do ścieżki sprzężenia zwrotnego wzmacniacza operacyjnego. Moc wyjściowa wzmacniacza wykładniczego jest proporcjonalna do wykładniczej napięcia wejściowego.
4. Łączenie wzmacniaczy Log i Exp:
Końcowy wzmacniacz pierwiastkowy można uzyskać poprzez kaskadowanie wzmacniacza logarytmicznego i wzmacniacza wykładniczego. Wyjście wzmacniacza logarytmicznego jest podawane na wejście wzmacniacza wykładniczego w celu wygenerowania sygnału wyjściowego proporcjonalnego do pierwiastka kwadratowego napięcia wejściowego.
5. Topologia obwodu:
Poniżej znajduje się uproszczony schemat obwodu wzmacniacza pierwiastkowego wykorzystującego wzmacniacze operacyjne:
[Obraz schematu obwodu wzmacniacza pierwiastkowego]
W tym obwodzie wzmacniacz operacyjny U1 jest skonfigurowany jako wzmacniacz logarytmiczny wykorzystujący diodę D1 i rezystor R1. Wyjście U1 jest następnie podłączone do wejścia U2, które jest skonfigurowane jako wzmacniacz wykładniczy wykorzystujący kondensator C1 i rezystor R2.
6. Wybór komponentów:
Wartości komponentów (dioda, rezystory i kondensator) należy dobrać w oparciu o pożądane wzmocnienie i charakterystykę częstotliwościową wzmacniacza pierwiastkowego. Może być również wymagane odpowiednie polaryzacja wzmacniaczy operacyjnych.
7. Regulacja wyjścia:
Moc wyjściową wzmacniacza pierwiastkowego można regulować zmieniając wzmocnienie wzmacniacza wykładniczego (U2). Można tego dokonać zmieniając wartość rezystora sprzężenia zwrotnego R2.
8. Względy praktyczne:
W praktycznych wdrożeniach należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak stabilność temperatury, szum i ograniczenia przepustowości. Aby rozwiązać te problemy, mogą być wymagane dodatkowe obwody.
Stosując to podejście, można zaprojektować wzmacniacz pierwiastkowy wykorzystujący wzmacniacze operacyjne w celu uzyskania nieliniowej zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi.