對(duì)稱多諧振蕩器負(fù)電源解決方案

在選擇緩沖放大器時(shí)，需關(guān)注各路負(fù)電源的來源，原因在于緩沖放大器輸出鏡像需精確達(dá)到真零電壓。然而，常見的軌至軌輸出運(yùn)算放大器并不具備此功能，其最大輸出僅能實(shí)現(xiàn)微弱的毫伏級(jí)別，而與之交互的高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器（如分辨率為微伏級(jí)的DAC），對(duì)這一數(shù)值已近乎飽和。鑒于我的應(yīng)用實(shí)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(fù)電源以擴(kuò)大零點(diǎn)附近的“footroom”（裕量），并非“headroom”（凈空），旨在避免電源過渡區(qū)域處理不當(dāng)。在尋找其他解決方案過程中，我想到利用光電池取代傳統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)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(dá)到了我的使用要求。為此，又設(shè)計(jì)出了圖一所示的后續(xù)電路。實(shí)用時(shí)，對(duì)于較為簡(jiǎn)單的地方低壓低噪聲負(fù)電源應(yīng)用，可選用以上兩種電路。

第二款電路以對(duì)稱多諧振蕩器為基礎(chǔ)，相較于運(yùn)用光電池的方案，它的效率顯著提升，但輸出噪聲有所增長(zhǎng)。因此，在部分功耗有限的場(chǎng)景中，此方案更為適用。

圖1實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器真零輸出的第二種電路，該電路基于對(duì)稱多諧振蕩器，與之前的光電池設(shè)計(jì)思路相比具有更高的效率。

雙肖特基屏蔽晶體管 BAR43A 發(fā)揮了全波整流器作用，其對(duì)稱特性降低了輸出噪聲中的多諧振動(dòng)頻率水平。而該電路在保持原有的對(duì)稱特性外，還增加了一系列防護(hù)措施，使之可以承受短路的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)仍保持電流供給。

值得注意的是，幾乎所有的現(xiàn)代 NPN BJT （雙極結(jié)型晶體管） 都具備大約 5 - 7V 的低 Vebo （反向擊穿電壓）。這一參數(shù)對(duì)對(duì)稱多諧振蕩器中的 BJT 尤為關(guān)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(dá) 15V 的器件已逐漸不再流行，因此想要在電路中應(yīng)對(duì)更大電壓，就需要選擇柵極-源極電壓最高可達(dá) 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(yīng)當(dāng)盡量低。此處的頻率無法直接套用以知的對(duì)稱多諧振蕩器公式得出準(zhǔn)確結(jié)果，據(jù)測(cè)試，該頻率大概在 2*0.65=1.3KHz左右。

電路運(yùn)行在+5V時(shí)，消耗電流不到1.5mA，可在910Ω的負(fù)載上產(chǎn)生極為穩(wěn)定的-0.3V的輸出電壓。