電圧信号を増幅（但し、オペアンプは使わない）

質問

例えば、0.8Vの直流電圧信号を二倍の1.6Vに増幅するような回路系を探しています。
但し、オペアンプは使わずにお願いします。何かないでしょうか？
オペアンプなしで、キャパシタとMOSFETスイッチで構成されるような回路系がいいのですが。
スイッチトキャパシタ回路（？）というのでしょうか、そのような回路系がいいです。

回答No.6

inara1

昇圧回路での消費電流を極力抑えたいようですが、用途は環境発電（エナジーハーベスト）でしょうか。であれば、それ専用の昇圧 IC があります（http://www.linear-tech.co.jp/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1042,C1031,C1060,P90287）。入力電圧が 20mV から動作するようです。その URL の右上の「サンプルリクエスト」で申込めば評価ボードや IC ををタダで送ってくれます（もちろん登録する必要があります）。この IC は使ったことはないのですが、「サンプルリクエスト」を利用して、別のICを無料で入手したことが何回かあります。ただし、個人宛はダメで、学校や法人所属でないと送ってくれなかったはずです。

回答No.5

k_kota

とりあえず、やりたいことが不明確なのでもうちょっと技術的に定義して下さい。

信号源のインピーダンスと入力電圧の範囲、
出力に要求される増幅率とインピーダンス、
その他の制約条件、あと、何を最適化すれば良いのか。

単純にDCレベルまで増幅したいのであれば、省電力OPアンプを使ったほうが消費電力少ないかもしれません。
条件が簡単であればディスクリートでどうにでもなります。

必要な条件は最初に全部出してください。

回答No.4

inara1

静的消費電流が 15μA で、電源電圧 1V ～ 5.5V で動作するCMOSオペアンプがあります [1]。最大出力電圧が 5V 未満なら、DCコンバータ（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-03451/）で 5V に昇圧して、このオペアンプで出力電圧が、入力電圧の 2倍になるように制御すればいいでしょう。CMOSオペアンプは出力電流が 1mA 程度しか取れないので、それより大きな電流を取り出すときは、電流ドライバが必要になります。このDCコンバータの最大出力電流は 200mA 程度なので、それ以上の電流が必要なときは、別のDCコンバータを探す必要があるでしょう。
[1]　NJU7014
　　　価格 140円　http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?toku=&cond8=or&dai=&chu=&syo=&cond9=&k3=0&list=2&pflg=n&multi=&code=2AFJ-HDMW
　　　データシート　http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedia.do?_mediaId=949

回答No.3

mtaka2

なぜオペアンプを使わないのか、なぜ抵抗を使ってはいけないのか、そういった条件を説明していただけないと、質問者さんの欲しい回答を出すことはできません。

まず、「信号」と言った時には、「電圧」という情報を取り扱うことを意味します。
「2倍に増幅する」というのが「入力信号そのものをエネルギー源として2倍の電圧を生み出す」ようなイメージを持っているのかもしれませんが、
「信号を増幅する」と言った場合、入力信号のとは別のエネルギー源が必要になります。増幅回路は「入力とは別のエネルギー源から、入力信号と相似の信号を作り出す回路」なのです。

そして、信号(情報)を取り扱う増幅回路は「0.8Vの信号が入った時には1.6Vちょうどぴったりを出力する」といった形で、その情報たる「電圧値」の再現性を重視します。
そういう「増幅回路」を組む場合には、普通ならオペアンプを使いますし、オペアンプの代わりにFETを使っても、別途電源は要りますし、増幅率の制御のために抵抗は必須です。

一方、0.8Vの電気エネルギー源から、1.6Vの電圧を作り出したい、という場合には「増幅」とは言いません。
そういうのは「変換」回路といいます。エネルギーの源は入力線のみであるため、電圧を2倍にするなら、電流は半分になります。無からエネルギーを生み出すことはできません。
スイッチトキャパシタは、そういった「変換回路」の一種です。入力信号のおよそ2倍の電圧を出力できますが、「ちょうどぴったり2倍」になるわけではありません。
変換回路では、信号としての電圧情報は失われます。

さて、質問者さんが本当に欲しいのは何なんでしょうか?

補足

＞なぜオペアンプを使わないのか、なぜ抵抗を使ってはいけないのか
単純に、消費電力を抑えたいだけです。

回答No.2

k_kota

直流電源を別な電圧の直流にしたいということでいいですか。
そう言うのは増幅じゃなくて昇圧といいます、降圧かもしれないですけど。
信号ならば増幅ですが、電力は原理的に増幅じゃなくて変換しかできません。

http://professionalhearts.seesaa.net/article/33065054.html

上記の回路の手前に電圧を高速でON-OFFできる回路を付けて、
出力されたところにコンデンサを付けて平滑化すればとりあえず作ることはできます。

昇圧するIC使う方が確実で早いと思いますが、それは望んでいないのですよね。

質問の回答のみ答えました、本当の目的と異なるのであれば出し惜しみするのが悪いのです。

補足

失礼しました。対象は電圧「信号」です。

＞そう言うのは増幅じゃなくて昇圧といいます
こちらも失礼しました。「昇圧」回路でお願いします。

回答No.1

inara1

これは学校の課題でしょうか、それとも趣味の電子工作でしょうか。前者なら、ICと回路を紹介するだけではダメでしょうね。

入力電圧の上限はありますか？0.8V入力で1.6V出力は可能でも、同じ回路で100V入力で200V発生させるのは困難です。

スイッチドキャパシタを使った負電圧発生ICというのがありますので、これを使えば2倍の電圧を生成することはできます。でも、0.8Vで動作させるのは難しいですね。出力電圧が 5V未満なら、0.7V で動作するDCコンバータ（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-03451/）で 5V を作り、この電圧を、入力電圧の2倍の電圧になるように制御する方法がありますが、オペアンプなしという制約があるのなら、コンパレータで制御電圧を作る方法か、あるいは、精度は落ちますがトランジスタで制御する方法でしょうかね。「オペアンプなし」というのが引っかかります。