利用空闲运放产生稳定的负电源

摘要

这篇应用笔记介绍了如何利用空闲运放产生稳定的负电源，负电源可用于运放自身的供电以及其它小电流的电路供电。从稳定的正电压和不稳定的负电压产生稳定的负电源。

该文于2006年4月14日发表在EE Times。

对于需要较低供电电流(100mA或更小)并且包含一个空闲运放的系统，可以利用图1所示电路从不稳定的正电压和负电压产生稳定的正电压和负电压。运算放大器可以利用它产生的电源(这里为±5V)为其自身供电。图2所示为上电响应，无论哪一路非稳压电源先上电，系统均可保证稳定工作。

图1. 该电路从不稳定的±输入电压产生稳定的±电压

图2. 图1所示电路的上电响应。CH1 = 稳定的-5V输出；CH2 = 负电源电压；CH3 = 稳定的+5V输出；CH4 = 正电源电压。
图2. 图1所示电路的上电响应
CH1 = 稳定的-5V输出
CH2 = 负电源电压
CH3 = 稳定的+5V输出
CH4 = 正电源电压

通过控制Q1的基极驱动，运算放大器能够保持其反相输入的平衡，确保V_N = -V_P(R3/R1)。在OP1接管之前由电阻R5为Q1提供初始基极电流，此时，OP1、Q1和R1、R3、R4、R5组成一个负反馈网络，用于调整V_N到-V_P(R3/R1)：

V_OP1+ = V_OP1-
V_OP1+ = 0V

叠加后：

V_OP1-' = V_P(R3/(R3+R1)
V_OP1-'' = (V_N(R1/(R1+R3)
V_OP1- = V_OP1-' + V_OP1-''
V_OP1- = V_P(R3/(R3+R1)) + V_N(R1/(R1+R3))
V_N = -V_P(R3/(R3+R1))((R1+R3)/R1)

因此：

V_N = -V_P(R3/R1)

也可以表示为：

I_R1 = V_P/R1

因此：

V_N = -I_R1 × R3 = (-V_P/R1)R3

不稳定的负电源所允许的电压范围为：-6V至-24V。对于更宽的输入电源范围，可以使用增益更高的晶体管替代Q1或者是阻值较小的R4和R5。V_N可提供最高100mA的输出电流而且没有失真，但V_P受限于IC1基准，最大电流为30mA，该电流下V_P比标称值降低约0.3V (需要较大的正负载电流时，可以选择其它正向稳压源)。

图中所示的运算放大器的I_BIAS忽略不计，为了降低其它运算放大器的I_BIAS误差，R2应等于R1||R3。