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基于MOSFET的平方根計算模擬電路

發布時間:2009-8-4 09:58    發布者:賈延安
關鍵詞: MOSFET , 模擬電路 , 平方根
在儀表和測量系統中廣泛使用了平方根計算電路,例如:用于計算任意波形rms (均方根)等任務。因此,設計師需要有一種高效的模擬平方根計算裝置。由于制造商常采用MOS技術制造IC,采用基于MOSFET的模擬平方根計算裝置應該是很合適的。此設計實例就描述了一個這樣的電路。該電路只采用MOSFET來提供平方根功能(圖1)。它設計簡單,功能豐富,可以提供兩路電壓差的平方根輸出。



  該電路將MOSFET  Q1和Q2 嵌套連接。二級管連接的Q2在飽和區工作,強制Q1在線性區工作。所有其他MOSFET也工作在線性區。該電路的第一部分電路由Q3、Q4、Q5和Q6構成,產生電流IO1。該部分基本上為一個MOS電阻電路。決定該電路工作的基本公式為:



  其中K1和K2 分別表示晶體管Q1和Q2的縱橫比(aspect ratio):KI=(μCOXW)/2LI,其中I=K1=K2。MOSFET構成MOS電阻電路并保證所產生的電流是相同的,所以這些MOSFET具有相同的縱橫比和閾值電壓。電流與輸入 V1和V2有關,關系如公式所示:IO1=G(V1?V2),其中G=2K(VA?VB),表示MOS電阻電路的電導;k=(μCOXW)/2L,為構成 MOS電阻電路的幾個相同晶體管的縱橫比;VA和VB 為施加到線性區MOSFET柵極的控制電壓。該方法的優點是輸出電壓可控性好,因而可用電壓控制平方根功能。

  輸出電壓按以下公式計算:



  從該公式可以看出,輸出電壓VO為輸入電壓V1和V2之差的平方根。如果將V2接地,則輸出電壓與輸入電壓 V1平方根成正比。如公式所示,控制電壓 VA和VB 可以改變比例常數。因此,這是一種新型的完全基于MOSFET的電壓控制模擬平方根計算裝置。

  可以采用大量市售MOSFET來測試該電路。例如,可以采用很多地方都可以購到的2SK1228;緩沖器可以是基于MOSFET的運放緩沖器,如 Texas Instruments公司的BUF04701。為了使電路工作符合輸出電壓公式,用于構成MOS電阻電路的4只MOSFET應該是相同的,并且應該工作在線性區,其輸入V1和V2 應分別小于VA-VTH和VB-(–VTH)。鏡像電流源中的MOSFET Q7和Q8應相同,而且二極管連接的 MOSFET Q1和Q2應是不同的,并應具有不同的縱橫比?梢杂檬惺跧C在板上測試該電路 ,或是用任何標準版本的Spice 在計算機上仿真它。供電電壓必須符合所選元件參數。
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xgqfirst 發表于 2010-10-2 19:17:29
hao hao
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