基于MOSFET的平方根计算模拟电路

2009年08月04日 09:08    贾延安
关键词: MOSFET , 模拟电路 , 平方根
在仪表和测量系统中广泛使用了平方根计算电路,例如:用于计算任意波形rms (均方根)等任务。因此,设计师需要有一种高效的模拟平方根计算装置。由于制造商常采用MOS技术制造IC,采用基于MOSFET的模拟平方根计算装置应该是很合适的。此设计实例就描述了一个这样的电路。该电路只采用MOSFET来提供平方根功能(图1)。它设计简单,功能丰富,可以提供两路电压差的平方根输出。



  该电路将MOSFET  Q1和Q2 嵌套连接。二级管连接的Q2在饱和区工作,强制Q1在线性区工作。所有其他MOSFET也工作在线性区。该电路的第一部分电路由Q3、Q4、Q5和Q6构成,产生电流IO1。该部分基本上为一个MOS电阻电路。决定该电路工作的基本公式为:



  其中K1和K2 分别表示晶体管Q1和Q2的纵横比(aspect ratio):KI=(μCOXW)/2LI,其中I=K1=K2。MOSFET构成MOS电阻电路并保证所产生的电流是相同的,所以这些MOSFET具有相同的纵横比和阈值电压。电流与输入 V1和V2有关,关系如公式所示:IO1=G(V1?V2),其中G=2K(VA?VB),表示MOS电阻电路的电导;k=(μCOXW)/2L,为构成 MOS电阻电路的几个相同晶体管的纵横比;VA和VB 为施加到线性区MOSFET栅极的控制电压。该方法的优点是输出电压可控性好,因而可用电压控制平方根功能。

  输出电压按以下公式计算:



  从该公式可以看出,输出电压VO为输入电压V1和V2之差的平方根。如果将V2接地,则输出电压与输入电压 V1平方根成正比。如公式所示,控制电压 VA和VB 可以改变比例常数。因此,这是一种新型的完全基于MOSFET的电压控制模拟平方根计算装置。

  可以采用大量市售MOSFET来测试该电路。例如,可以采用很多地方都可以购到的2SK1228;缓冲器可以是基于MOSFET的运放缓冲器,如 Texas Instruments公司的BUF04701。为了使电路工作符合输出电压公式,用于构成MOS电阻电路的4只MOSFET应该是相同的,并且应该工作在线性区,其输入V1和V2 应分别小于VA-VTH和VB-(–VTH)。镜像电流源中的MOSFET Q7和Q8应相同,而且二极管连接的 MOSFET Q1和Q2应是不同的,并应具有不同的纵横比。可以用市售IC在板上测试该电路 ,或是用任何标准版本的Spice 在计算机上仿真它。供电电压必须符合所选元件参数。
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xgqfirst 发表于 2010-10-2 19:17:29
hao hao
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