寬帶運(yùn)算跨異放大器OPA660

摘要：介紹了Burr-Brown公司生產(chǎn)的寬帶運(yùn)算跨導(dǎo)放大器OPA660的特性和工作原理，分析了它的三種基本組態(tài)以及與三極管電路的異同，對(duì)使用中的具體問題作了說明，并介紹了二個(gè)典型的應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：運(yùn)算跨導(dǎo) 電壓控制電流源 自動(dòng)增益控制 OPA660

1 概述

OPA660是一個(gè)可靈活設(shè)計(jì)成高性能視頻、射頻和中頻電路等寬帶系統(tǒng)的單片集成放大器。它內(nèi)含寬帶、雙極性的集成電壓控制電流源（運(yùn)算跨導(dǎo)放大器OTA）和一個(gè)電壓緩沖放大器。

OTA可以看作是一個(gè)理想的晶體三極管，它有三個(gè)引出端，一個(gè)是高阻輸入端B，一個(gè)是低阻輸入/輸出端E，一個(gè)是電流輸出端C。然而，OTA是一個(gè)零偏的雙極性輸出器件，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出電流亦為零，當(dāng)B、E之間的電壓為正或負(fù)時(shí)，其輸出電流流出或流進(jìn)C端，所以，OTA既可當(dāng)作一個(gè)NPN型晶體管工作，也可當(dāng)作一個(gè)PNP型晶體管工作，這就是“雙極性”的含義。

OTA的增益和相位誤差分別為0.06%和0.02°，緩沖放大器具有850MHz的開環(huán)帶寬和3000V/μs的轉(zhuǎn)換速率。運(yùn)算跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)可以由一個(gè)外接電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，用戶可以在帶寬、靜態(tài)電流和增益之間互相協(xié)調(diào)，以獲得最佳效果。

OPA660以其優(yōu)良的性能和靈活的電路功能，便利它在視頻和廣播設(shè)備、通信設(shè)備和高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。作為基本的功能塊，它可以簡(jiǎn)化自動(dòng)增益控制（AGC）放大器械和壓控振蕩器（VCO）的設(shè)計(jì)，也可為光纖傳輸中發(fā)光二極管提供驅(qū)動(dòng)電流，它還可用于快速脈沖積分器、快速控制環(huán)路放大器和有源濾波器中。

OPA660采用SO-8表面安裝和8腳塑料雙列直插式兩種封裝形式，圖1為它的引腳排列。圖2是其簡(jiǎn)化的內(nèi)部電路。

2 工作原理

OPA660中的OTA是一個(gè)壓控電流源（VCCS），它就象一個(gè)晶體管，其三個(gè)引出端B、E、C相當(dāng)于三極管的基極、發(fā)射極和集電極。但OTA與晶體三極管的區(qū)別在于，它是一個(gè)自偏（零偏）器件，輸入電壓既可正，又可負(fù)，為雙極性，OTA既可像一個(gè)NPN管那樣工作，也可像一個(gè)PNP管那樣工作。值得注意的是，OTA的集電極電流方向與分立三極管相反。由圖2可以看出，當(dāng)B、E之間的差動(dòng)電壓為正（B正E負(fù)）時(shí)，T1電流減小，T5電流（二者之和為T3的固定偏流）增大，而T2電流增大，使T6電流減小（二者之和為T4的固定偏流），輸出的鏡像電流源T9電流增大而T10電流減小，因此，C端的輸出電流是流出的；相反，當(dāng)B、E之間的差動(dòng)電壓為負(fù)（B負(fù)E正）時(shí)，C端的輸出電流是流入的。另外，分立三極管B、E之間有零點(diǎn)幾伏的直流電位偏差，C與B、E之間的電壓在放大區(qū)時(shí)應(yīng)保證在幾伏以上，而OTA的B、E、C之間偏差電壓為零，因而靜態(tài)時(shí)均為零電位。

圖1中的OTA符號(hào)既反映了OTA與三極管的類似，又強(qiáng)調(diào)了二者的區(qū)別。發(fā)射極的雙箭頭表示OTA既象NPN管，又象PNP管；集電極的兩個(gè)箭頭表示它的電流方向既可流入，又可流出。

將OTA類比為一個(gè)三極管有助于對(duì)它的很多應(yīng)用電路的理解，這種直覺的理解，反過來又簡(jiǎn)化了OTA的電路設(shè)計(jì)。

3 應(yīng)用提示

3.1 連線和布線

圖3給出了OPA660的基本連接電路。OPA660雖然具有良好的高頻特性，但工作在高頻范圍時(shí)仍需要注意連線和布線問題。

●電源線串接的卻耦電阻和去耦電容應(yīng)盡量靠近器件引腳，將鉭電容、聚酯電容和平面型無感電容并聯(lián)，可達(dá)到最好的去耦效果。

●連線和印制線應(yīng)盡量短、粗，以減小串聯(lián)電阻和電感。

●印制板地線平面應(yīng)盡可能寬大，但在高阻結(jié)點(diǎn)下應(yīng)避免地線，以減小分布電容。

●應(yīng)使用低感元件，不要用線繞電阻，最好不使用插孔，因?yàn)樗鼤?huì)增加一定的電感量。

●為防止振蕩，使電路穩(wěn)定，可在緩沖器輸入端和OTA的B端串接25Ω~200Ω的電阻。

3.2 靜態(tài)電流控制

OPA660的總靜態(tài)電流IQ=85I1,I1是引腳1流出的電流。在引腳1和引腳4（負(fù)電源）之間接一個(gè)外接電阻RQ，可以調(diào)節(jié)I1，從而調(diào)節(jié)IQ。改變IQ可以改變放大器的帶寬及跨導(dǎo)等交流特性，這在一些應(yīng)用中是非常有用的。若RQ=250Ω，則IQ近似為20mA，此時(shí)運(yùn)算跨導(dǎo)約為125mS。

圖4為一個(gè)邏輯控制使能電路。當(dāng)0/5V的邏輯信號(hào)Lin為低電平（0V）時(shí)，1mA的控制電流IC將使1腳的電位升高，從而可使OPA660內(nèi)部的電流源載止而停止工作。

4 應(yīng)用舉例

圖5是一個(gè)全波包絡(luò)檢波及AGC電路。中頻信號(hào)約第一個(gè)OPA6601放大器后，由D1、D2進(jìn)行全波檢波，檢波后的兩路信號(hào)在第二個(gè)OPA660放大器上疊加后濾波輸出。輸出信號(hào)Vo經(jīng)R、C濾波后取出直流分量再加入第三個(gè)OPA660放大器的同相輸入端，這樣，它可作為一個(gè)電壓控制電流源來控制第一個(gè)OPA660和第二個(gè)OPA660的I1，從而控制它們的運(yùn)算跨導(dǎo)。當(dāng)輸出信號(hào)Vo增大時(shí)，濾波電容C上的直流電壓也增大，從而使第三個(gè)OPA660上的輸出電流IC增大以減小中頻放大器（第一個(gè)OPA660）及疊加放大器（第二個(gè)OPA660）的I1，從而達(dá)到調(diào)節(jié)它們的靜態(tài)電流IQ的目的。由于OPA660的運(yùn)算跨導(dǎo)是隨IQ的減小而減小的，所以Vo增大將使它們的增益減小，這樣就實(shí)現(xiàn)了增益的自動(dòng)控制。調(diào)節(jié)第三個(gè)OPA660的外接電阻RQ3可改變它本身的跨導(dǎo)，從而調(diào)節(jié)AGC的強(qiáng)弱。

圖6是由OPA660構(gòu)成的差動(dòng)放大器。它的良好的高頻特性可使該放大器的帶寬達(dá)到400MHz。需要強(qiáng)調(diào)的是，它的輸入端極性與三極管相反，所以在引入負(fù)反饋時(shí)要特別注意。