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使用电感器再度改善运算放大器的真零输出

2024-01-31 16:15:41 PETER DEMCHENKO 阅读:
此前我先后通过光电池和多谐振荡器使运算放大器实现了真零输出,这次我将在此基础上使用电感器再度改进···

图1中的电路,来自我之前的文章Multivibrator also makes true-zero output of the op-amp(多谐振荡器也能使运算放大器实现真零输出)zfTednc

zfTednc

图1 简单的本地低噪声电压转换器,可在需要简单的低电压负电源时使用。zfTednc

它很简单,只需简单改动即可提高效率。如果固定R1和R1′的值(使输入功率也固定),则输出电压将在图形Eo=Eo(R2)上出现一个极值。为便于达到这个极值,可以将图1的电路修改为图2,其中可以使用单个电位器(R2)更改R2/R2'的值。zfTednc

zfTednc

图2 在图1的输出端增加电感,以提高转换器的效率。zfTednc

但主要的改动是在输出端增加了电感L。只要相当低的电感值(0.1…1.0mH)就足够了。(这个低值可能与多谐振荡器的低频(小于1KHz)相悖。)zfTednc

负输出电压随着电感的增加而缓慢增加:从-0.36V@L=0.1mH到-0.4V@L=1mH。zfTednc

主要优势在于输出电流(电压)增加了约25%。图1中的电路的最大输出电压为-0.31V,而图2中的电路可以在相同负载(910Ω)下提供超过-0.39V的电压。zfTednc

第二个改进是输出噪声:相同的电感L能显著降低输出噪声-图2中的输出电容器的容量只有一半,但输出噪声的振幅却减小了一半。zfTednc

元件值为:L=0.1…1.0mH,R1=R1'=5.6k,R2=~22k,C1=C1'=0.1µF。输出电容器应具有低阻抗。zfTednc

该电路在+5V时消耗的电流小于1.5mA,并在910Ω负载上产生超过-0.39V的电流。在输出电流相同的情况下,很早的那个电路(Photocell makes true-zero output of the op-amp 用光电池来让运算放大器实现真零输出)消耗的功率大约要高出10倍,但其输出噪声要小了100倍。zfTednc

然而,所有这些电路都可能存在一个问题:它们产生的低电压对主机系统来说并不重要,但如果电压以某种方式下降,结果就会失真,而且可能不会被察觉。zfTednc

为了确保检测到该电压的所有下降,可以使用图3中的电路。它可用于监控所有双电源系统中的电源一致性。zfTednc

zfTednc

图3 电路可确保检测到所有可能导致图1和图2中转换器结果失真的电压下降。zfTednc

绿色LED指示“电源良好”,可用作整个主机系统的“开机”指示灯。电阻R1、R2至少应稳定在1%。当输出电压增长到e=-20…-100mV时,LED应该亮起,具体取决于您的缓冲器参数。zfTednc

对于R1、R2值,令:zfTednc

v1 = Vref + |e|,zfTednc

v2 = 2.5 + |e|,zfTednc

接着R1 = R2 * ((v1 / v2) – 1)zfTednc

对于给定基准和e=50mV:zfTednc

R1=0.63*R2,zfTednc

例如,R1=38.8k,R2=62k。这些值可能需要进行一些调整,因为它们的总值不能太低——应谨慎使用输出电流。当通过分压器的电流非常低时,TL431的输入电流的影响要大得多,因此在这种情况下建议进行一些调整。最后,可以使用输出电压大于2.5V的任何其他基准,但应重新计算R1、R2的值。zfTednc

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Using an inductor to improve an existing design,由Ricardo Xie编译)zfTednc

责编:Ricardo
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