CN110618725A - 用于产生经调节的供电低电压的电路装置 - Google Patents

用于产生经调节的供电低电压的电路装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于产生经调节的供电低电压的电路装置。一种用于针对由两个运行电压（UE、UA）不对称地供电的运算放大器（OP）产生经调节的供电低电压（UK）的电路装置，其中该供电低电压以运行电压的十分之一的量级附在运行电压（UA）的一极与该运算放大器的运行电压输入端（V‑）上，其中针对基准电压（UR）的经调节的基准电压源（Q1+Qref；DR）被接到运行电压（UA）的这一极与该运算放大器（OP）的运行电压输入端（V‑）之间。

Description

用于产生经调节的供电低电压的电路装置
技术领域
本发明涉及一种用于针对由两个运行电压不对称地供电的运算放大器产生经调节的供电低电压的电路装置，其中该供电低电压以运行电压的十分之一的量级附在运算放大器的运行电压输入端之一上。
背景技术
特别是在运算放大器电路中需要提供负电压，以便也可以将运算放大器的放大器输出端调节到零伏特。即使在所谓的轨对轨（Rail-to-Rail）运算放大器的情况下，在放大器输出端上也始终存在几毫伏特的电压偏移。在其中在毫伏特范围内进行工作的电路中也存在输入端偏移电压的影响太大的危险，以致于不能实现令人满意的输出调节。
对于在运算放大器的输出端上的所需的负输出电压或0V的情况，通常使用对称地供电的运算放大器。这例如意味着：这种放大器用±12伏特来供电。然而，对于特殊应用来说，常常只能用具有5V差分电压的供电电压范围的放大器类型（所谓的高速、高精度（highspeed, high precision）OP）。在对称的供电的情况下，这会意味着：正和负供电电压更多只允许为±2.5V。在有些技术应用情况下、例如在操控MOSFET时，这可能不足以克服栅极-源极阈值电压。
发明内容
本发明的任务在于：利用简单的装置来提供针对运算放大器的电压供应，该电压供应也适合于具有较低的运行电压的运算放大器，所述运算放大器常常被称作“高速、高精度（high speed, high precision）”类型而且所述运算放大器原则上用电压不对称地来供电，然而也允许电压范围的略微的扩展，通常扩展0.3至0.5伏特。
基于开头提到的类型的电路装置，该任务通过如下方式来解决：针对基准电压的经调节的基准电压源被接到两个运行电压中的一个运行电压的其中一极与运算放大器的运行电压输入端之间。
在本发明的一个适宜的扩展方案中规定：晶体管的受控制的工作段被接到运行电压的其中一极与运算放大器的运行电压输入端之间，其中针对基准电压的经调节的基准电压二极管处在晶体管的控制电极上。
在此，可以有利地规定：将分压器的输出电压输送给经调节的基准电压二极管，用于设定该基准电压二极管的指令变量，该分压器处在晶体管的工作段上。
对于这种情况来说还可以是适宜的是：分压器附加地经由串联电阻处在运算放大器的如下那个运行电压上，该运行电压直接附在运算放大器的运行电压输入端上。
如果不需要设定经调节的供电低电压，则可以选择成本还更低廉的解决方案，其中经调节的基准电压源是经调节的基准二极管，该基准二极管具有内部的固定的指令变量。
附图说明
在下文，本发明连同其它优点依据示例性的实施方式进一步予以阐述，所述实施方式在随附的附图中阐明。在所述附图中：
图1示意性地示出了根据现有技术的5伏特运算放大器的不对称的电压供应；
图2示意性地示出了根据现有技术的5伏特运算放大器的对称的电压供应；
图3示出了根据本发明的电路装置的第一实施例；而
图4示出了根据本发明的电路装置的第二实施例。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据现有技术的5伏特运算放大器OP的不对称的电压供应。运算放大器OP具有两个用+和-来表示的输入端、一个输出端a以及两个用于该运算放大器的电压供应的用V+和V-来表示的供电输入端。输入电路E将信号提供给运算放大器OP，该运算放大器的输出端连接到输出电路A上。在该不对称的电压供应的情况下，供电输入端V-处在0伏特（零电位）上而供电输入端V+处在+5伏特上。
完全类似于图1，图2示出了根据现有技术的5伏特运算放大器OP的对称的电压供应。在这种类型的电压供应的情况下，供电输入端V-处在-2.5伏特上而供电输入端V+处在+2.5伏特上。
现在，在探讨本发明的第一实施方式之前，应详加说明的是：术语“经调节的基准二极管”在本发明的范围内应被理解为能在贸易中获得并且提供高度精确的稳定的基准电压的电子构件。作为示例，应提到：德州仪器公司的器件型号TL431和TL432（参见http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl432a.pdf的数据页），其中基准电压能通过特殊的第三输入端来设定；或者同样来自德州仪器公司的器件型号LM113、LM313（参见http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm113.pdf的数据页），所述器件型号LM113、LM313像常见的齐纳二极管那样仅仅具有两个连接端和一个内部的固定的指令变量。 这些构件具有内部调节而且可以被用在常见的齐纳二极管的位置，然而提供精确得多的并且例如与负载电流实际上无关的基准电压，该基准电压如刚才已经提及的那样在一些器件类型的情况下也可以从外部来预先给定。
现在，参考图3，示出了根据本发明的用于对运算放大器OP进行电压供应的电路装置的实施例，该运算放大器具有两个用+和-来表示的输入端、一个输出端a以及两个用于该运算放大器的电压供应的用V+和V-来表示的供电输入端。输入电路E将信号提供给运算放大器OP，该运算放大器的输出端连接到输出电路A上。输入电路E和输出电路A不受限制，其中这些电路的情况无论如何对于本发明来说都不重要，本发明仅仅从事于运算放大器的电压供应。
为了实现本发明，运算放大器应该不对称地被供电，其中如开头提及的那样，应该是可能的是：使运算放大器的输出端至少达到0伏特或者也包括达到略微为负的电压，诸如达到100毫伏特，如果简单地将供电输入端V-置于零电位，则这是不可能的。
在当前的示例中，第一运行电压UE置于运算放大器的正供电输入端V+上，该第一运行电压这里为+5伏特。负供电输入端V-经由pnp晶体管Q1的发射极-集电极段e-c处在第二、负的运行电压UA的负极上，该第二、负的运行电压这里为-5.1伏特。标准化地，这种在+/-5伏特的范围内的运行电压由经稳定的电网设备来提供。
针对基准电压UR的经调节的基准二极管Qref处在晶体管Q1的基极b与集电极c之间，该基准二极管在当前情况下具有控制输入端s，通过该控制输入端可能对经调节的基准电压进行设定。如上文已经提及的那样，这种控制输入端例如在德州仪器公司的器件类型TL431和TL432中存在。由电阻R1和R2构成的分压器的中间电压被输送给所提到的控制输入端s，该分压器处在负的运行电压UA与运算放大器OP的负供电输入端V-之间。电阻R3处在发射极e与基极b之间，而且从正的、第一运行电压UE将电阻R4引导到电阻R1和R3、发射极e和负供电输入端V-所处的点。
在根据图3的电路中，所希望的经调节的供电低电压UK按如下地被计算，该经调节的供电低电压处在运算放大器OP的负供电输入端V-与接地（零电位）之间，其中Uref是处在晶体管Q1的发射极-集电极段e-c上的基准电压：
。
串联电阻R4用于：保证在负载电流接近零而UK不再能被稳定时进行调节。电阻R1和R2用于：将稳定参量UK作为测量参量送回基准二极管Qref。
如果基准电压Uref通过分压器R1/R2的相对应的确定参数被设定到5伏特而且供电电压UA为-5.1伏特，则得到为-0.1伏特的供电低电压UK并且达到所希望的结果。
不同于根据图3的电路，在图4中示出的电路使用没有控制输入端的、因此利用内部的固定的指令变量经调节的基准二极管。更准确地说，在该示例中，“两极的”基准二极管DR处在运算放大器OP的供电输入端V-与经调节的负的第二运行电压UA、在该示例中为-1.3伏特之间，而在当前的示例中将运算放大器的正供电输入端V+置于第一运行电压UE上，该第一运行电压这里为+5伏特。电阻R5从运算放大器的正供电输入端V+引导到基准二极管DR的阴极，该电阻R5具有例如为1kOhm（千欧姆）的值。在当前的示例中，使用德州仪器公司的“精密基准二极管（Precision Reference Diode）”LM113作为基准二极管，该“精密基准二极管”LM113的数据能通过上面说明的链接来调用。利用该二极管得到为-0.1伏特的供电低电压UK，该供电低电压这里也符合期望。
根据图3和图4的两个实施方案的共同点是：针对基准电压UR的经调节的基准电压源被接到运行电压UA的其中一极与运算放大器OP的运行电压输入端V-之间。在根据图3的实施方案中，使用“三极的”基准二极管Qref和由该基准二极管操控的晶体管Q1，其中基准二极管能通过控制输入端s从外部来控制，而在根据图4的实施方案中，仅仅使用“两极的”基准二极管DR，该“两极的”基准二极管具有利用固定的基准参量的内部调节。

Claims (5)

1.一种用于针对由两个运行电压（UE、UA）不对称地供电的运算放大器（OP）产生经调节的供电低电压（UK）的电路装置，其中所述供电低电压以运行电压的十分之一的量级附在所述运算放大器的运行电压输入端之一（V-）上，
其特征在于，
针对基准电压（UR）的经调节的基准电压源（Q1 + Qref；DR）被接到所述两个运行电压（UE、UA）中的一个运行电压（UA）的其中一极与所述运算放大器（OP）的运行电压输入端（V-）之间。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，晶体管（Q1）的受控制的工作段（e-c）被接到运行电压（UA）的其中一极与所述运算放大器的运行电压输入端（V-）之间，其中针对基准电压（UR）的经调节的基准电压二极管（Qref）处在所述晶体管的控制电极（b）上。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，将分压器（R1、R2）的输出电压输送给所述经调节的基准电压二极管（Qref），用于设定所述基准电压二极管的指令变量，所述分压器处在所述晶体管（Q1）的工作段（e-c）上。
4.根据权利要求2或3所述的电路装置，其特征在于，所述分压器附加地经由串联电阻（R4）处在所述运算放大器（OP）的如下那个运行电压（UE）上，所述运行电压直接附在所述运算放大器（OP）的运行电压输入端（V+）上。
5.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述经调节的基准电压源是经调节的基准二极管（DR），所述经调节的基准二极管具有内部的固定的指令变量。
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