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对称多谐振荡器负电源解决方案
2025-03-10 04:37:53

在选择缓冲放大器时,对称多谐电源需关注各路负电源的振荡来源,原因在于缓冲放大器输出镜像需精确达到真零电压。器负然而,解决常见的对称多谐电源轨至轨输出运算放大器并不具备此功能,其最大输出仅能实现微弱的振荡毫伏级别,而与之交互的器负高精度数模转换器(如分辨率为微伏级的DAC),对这一数值已近乎饱和。解决鉴于我的对称多谐电源应用实际需求为真正的零输出,因此存在上述的振荡困扰。

于是器负,我尝试引入一些负电源以扩大零点附近的解决“footroom”(裕量),并非“headroom”(净空),对称多谐电源旨在避免电源过渡区域处理不当。振荡在寻找其他解决方案过程中,器负我想到利用光电池取代传统电压转换器的方案。由此,便诞生了图一展示的这款电路。尽管此解决方案的输出噪声极低,但其输出功率受到了一定程度的限制。

例如,在R_load=2k且LED(欧司朗超亮LED)总电流为2*5=10mA的情况下,该光电池的最佳输出超过0.81V,达到了我的使用要求。为此,又设计出了图一所示的后续电路。实用时,对于较为简单的地方低压低噪声负电源应用,可选用以上两种电路。

第二款电路以对称多谐振荡器为基础,相较于运用光电池的方案,它的效率显著提升,但输出噪声有所增长。因此,在部分功耗有限的场景中,此方案更为适用。

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图1实现运算放大器真零输出的第二种电路,该电路基于对称多谐振荡器,与之前的光电池设计思路相比具有更高的效率。

肖特基屏蔽晶体管BAR43A 发挥了全波整流器作用,其对称特性降低了输出噪声中的多谐振动频率水平。而该电路在保持原有的对称特性外,还增加了一系列防护措施,使之可以承受短路的风险,同时仍保持电流供给。

值得注意的是,几乎所有的现代 NPN BJT (双极结型晶体管) 都具备大约 5 - 7V 的低 Vebo (反向击穿电压)。这一参数对对称多谐振荡器中的 BJT 尤为关键。若使用 5V 供电电路,建议选配最大 Vebo 不低于 6V 的晶体管,如 BC547、2N5551、MPS2222A 等。如今,像 2SC3616 (NEC) 这类 Vebo 电压高达 15V 的器件已逐渐不再流行,因此想要在电路中应对更大电压,就需要选择栅极-源极电压最高可达 20V 的 MOSFET

以下为电路配置详情:R1=R1′=5.6k,R2=R2′=30k,C1=C1′=0.1µF。输出电容的阻抗应当尽量低。此处的频率无法直接套用以知的对称多谐振荡器公式得出准确结果,据测试,该频率大概在 2*0.65=1.3KHz左右。

电路运行在+5V时,消耗电流不到1.5mA,可在910Ω的负载上产生极为稳定的-0.3V的输出电压。

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