在選擇緩沖放大器時,需關注各路負電源的來源,原因在于緩沖放大器輸出鏡像需精確達到真零電壓。然而,常見的軌至軌輸出運算放大器并不具備此功能,其最大輸出僅能實現微弱的毫伏級別,而與之交互的高精度數模轉換器(如分辨率為微伏級的DAC),對這一數值已近乎飽和。鑒于我的應用實際需求為真正的零輸出,因此存在上述的困擾。
于是,我嘗試引入一些負電源以擴大零點附近的“footroom”(裕量),并非“headroom”(凈空),旨在避免電源過渡區域處理不當。在尋找其他解決方案過程中,我想到利用光電池取代傳統電壓轉換器的方案。由此,便誕生了圖一展示的這款電路。盡管此解決方案的輸出噪聲極低,但其輸出功率受到了一定程度的限制。
例如,在R_load=2k且LED(歐司朗超亮LED)總電流為2*5=10mA的情況下,該光電池的最佳輸出超過0.81V,達到了我的使用要求。為此,又設計出了圖一所示的后續電路。實用時,對于較為簡單的地方低壓低噪聲負電源應用,可選用以上兩種電路。
第二款電路以對稱多諧振蕩器為基礎,相較于運用光電池的方案,它的效率顯著提升,但輸出噪聲有所增長。因此,在部分功耗有限的場景中,此方案更為適用。
圖1實現運算放大器真零輸出的第二種電路,該電路基于對稱多諧振蕩器,與之前的光電池設計思路相比具有更高的效率。
雙肖特基屏蔽晶體管 BAR43A 發揮了全波整流器作用,其對稱特性降低了輸出噪聲中的多諧振動頻率水平。而該電路在保持原有的對稱特性外,還增加了一系列防護措施,使之可以承受短路的風險,同時仍保持電流供給。
值得注意的是,幾乎所有的現代 NPN BJT (雙極結型晶體管) 都具備大約 5 - 7V 的低 Vebo (反向擊穿電壓)。這一參數對對稱多諧振蕩器中的 BJT 尤為關鍵。若使用 5V 供電電路,建議選配最大 Vebo 不低于 6V 的晶體管,如 BC547、2N5551、MPS2222A 等。如今,像 2SC3616 (NEC) 這類 Vebo 電壓高達 15V 的器件已逐漸不再流行,因此想要在電路中應對更大電壓,就需要選擇柵極-源極電壓最高可達 20V 的 MOSFET。
以下為電路配置詳情:R1=R1′=5.6k,R2=R2′=30k,C1=C1′=0.1μF。輸出電容的阻抗應當盡量低。此處的頻率無法直接套用以知的對稱多諧振蕩器公式得出準確結果,據測試,該頻率大概在 2*0.65=1.3KHz左右。
電路運行在+5V時,消耗電流不到1.5mA,可在910Ω的負載上產生極為穩定的-0.3V的輸出電壓。
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