【收藏】使用自供電運(yùn)算放大器創(chuàng)建低泄漏整流器-KIA MOS管

用一只精心挑選的運(yùn)放、一個(gè)低閾值的P溝道MOSFET,以及兩只反饋電阻，就可以做出一個(gè)正向壓降小于二極管的整流電路（圖1）。

整流后的輸出電壓為有源電路供電，因此不需要額外的電源。電路的靜態(tài)電流低于大多數(shù)肖特基二極管的反向泄漏電流。本電路可在壓降低至0.8V時(shí)提供有源整流。在更低電壓下，MOSFET的體二極管變成為一個(gè)普通二極管。

運(yùn)放整流器

圖1,電路模擬了一個(gè)整流器，但其正向壓降只有40mV或更低。電路的反向泄漏小于肖特基二極管。

當(dāng)輸入與輸出電壓之間有正電壓時(shí)，運(yùn)放電路使MOSFET導(dǎo)通，如下式：

VGATE=VOUT-（R2/R1）（VIN-VOUT），

其中，VGATE是MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，VIN為輸入電壓，VOUT為輸出電壓。

輸入與輸出電壓可以轉(zhuǎn)換為MOSFET的漏源電壓和柵源電壓，如下式：

VDS=VIN-VOUT,且VGS=VGATE-VOUT,

其中，VDS為漏源電壓，VGS為柵源電壓。

將這些式子結(jié)合起來(lái)，可得到MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)電壓是漏源電壓的函數(shù)：

VGS=-（R2/R1）VDS,

如果使R2為R1的12倍，則MOSFET漏源電壓上的一個(gè)40mV壓降就足夠以小的漏極電流使MOSFET導(dǎo)通（圖2）。

選擇更高的比率可以進(jìn)一步減小壓降，使之處于運(yùn)放的6mV最差輸入偏移電壓極限范圍內(nèi)。運(yùn)放由輸出儲(chǔ)能電容C1供電。放大器有軌至軌的輸入和輸出，當(dāng)在接近電源軌處工作時(shí)沒(méi)有相位逆轉(zhuǎn)問(wèn)題。

放大器的工作電壓低至0.8V.運(yùn)放的非反相端直接連接到VDD軌，放大器的輸出連接到MOSFET的柵極。電路在100Hz正弦波的有源整流時(shí)，耗電略高于1μA,泄漏電流小于大多數(shù)肖特基二極管。BSH205在0.8V的柵源電壓下，支持毫安級(jí)的電流。

運(yùn)放整流器

圖2,正弦波輸入（黃色）下的電路輸出（綠色），表明只有當(dāng)輸入-輸出壓差小于40mV時(shí)，F(xiàn)ET的柵極電壓（藍(lán)色）才下降。

運(yùn)放帶寬限制了電路用于較低頻率的信號(hào)。在帶寬大于500Hz時(shí)，放大器的增益開(kāi)始下降。隨著信號(hào)頻率的升高，MOSFET一直保持關(guān)斷，而MOSFET的體二極管代替完成整流功能。快速下降時(shí)間的輸入有可能從MOSFET拉出反向電流。

不過(guò)對(duì)于小電流，MOSFET都工作在低于閾值的范圍內(nèi)。由于在低于閾值的范圍內(nèi)，柵源電壓對(duì)漏源電流有指數(shù)關(guān)系，放大器會(huì)快速關(guān)斷。限制因素是放大器1.5V/ms 的轉(zhuǎn)換速率。只要電路負(fù)載不要太重，致使MOSFET進(jìn)入其線性區(qū)間，則反向電流就不會(huì)超過(guò)正向電流。

本電路可以用于微功率的太陽(yáng)能應(yīng)用（圖3）。根據(jù)光線的強(qiáng)弱，BPW34電池芯可發(fā)電0.8V~1.5V的10μA~30μA.有源二極管電路可在光線快速變化的情況下，對(duì)獲取的峰值電壓做整流，而對(duì)電池芯的反向泄漏最低。

運(yùn)放整流器