【收藏】使用自供電運算放大器創建低泄漏整流器-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-04-02
用一只精心挑選的運放、一個低閾值的P溝道MOSFET,以及兩只反饋電阻，就可以做出一個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。電路的靜態電流低于大多數肖特基二極管的反向泄漏電流。本電路可在壓降低至0.8V時提供有源整流。在更低電壓下，MOSFET的體二極管變成為一個普通二極管。
圖1,電路模擬了一個整流器，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。
當輸入與輸出電壓之間有正電壓時，運放電路使MOSFET導通，如下式：
VGATE=VOUT-（R2/R1）（VIN-VOUT），
其中，VGATE是MOSFET的柵極驅動電壓，VIN為輸入電壓，VOUT為輸出電壓。
輸入與輸出電壓可以轉換為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。
將這些式子結合起來，可得到MOSFET柵極驅動電壓是漏源電壓的函數：
VGS=-（R2/R1）VDS,
如果使R2為R1的12倍，則MOSFET漏源電壓上的一個40mV壓降就足夠以小的漏極電流使MOSFET導通（圖2）。
選擇更高的比率可以進一步減小壓降，使之處于運放的6mV最差輸入偏移電壓極限范圍內。運放由輸出儲能電容C1供電。放大器有軌至軌的輸入和輸出，當在接近電源軌處工作時沒有相位逆轉問題。
放大器的工作電壓低至0.8V.運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，耗電略高于1μA,泄漏電流小于大多數肖特基二極管。BSH205在0.8V的柵源電壓下，支持毫安級的電流。
圖2,正弦波輸入（黃色）下的電路輸出（綠色），表明只有當輸入-輸出壓差小于40mV時，FET的柵極電壓（藍色）才下降。
運放帶寬限制了電路用于較低頻率的信號。在帶寬大于500Hz時，放大器的增益開始下降。隨著信號頻率的升高，MOSFET一直保持關斷，而MOSFET的體二極管代替完成整流功能。快速下降時間的輸入有可能從MOSFET拉出反向電流。
不過對于小電流，MOSFET都工作在低于閾值的范圍內。由于在低于閾值的范圍內，柵源電壓對漏源電流有指數關系，放大器會快速關斷。限制因素是放大器1.5V/ms 的轉換速率。只要電路負載不要太重，致使MOSFET進入其線性區間，則反向電流就不會超過正向電流。
本電路可以用于微功率的太陽能應用（圖3）。根據光線的強弱，BPW34電池芯可發電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，對獲取的峰值電壓做整流，而對電池芯的反向泄漏最低。
圖3,這個有源整流電路可以用于太陽能電池給電容的充電。整流器的壓降小，當沒有光照時能保護電池芯不受反向電流沖擊。
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