宽带运算跨异放大器OPA660

    摘要：介绍了Burr-Brown公司生产的宽带运算跨导放大器OPA660的特性和工作原理，分析了它的三种基本组态以及与三极管电路的异同，对使用中的具体问题作了说明，并介绍了二个典型的应用电路。

    关键词：运算跨导  电压控制电流源  自动增益控制  OPA660

1 概述

    OPA660是一个可灵活设计成高性能视频、射频和中频电路等宽带系统的单片集成放大器。它内含宽带、双极性的集成电压控制电流源（运算跨导放大器OTA）和一个电压缓冲放大器。

    OTA可以看作是一个理想的晶体三极管，它有三个引出端，一个是高阻输入端B，一个是低阻输入/输出端E，一个是电流输出端C。然而，OTA是一个零偏的双极性输出器件，在差动输入电压为零时输出电流亦为零，当B、E之间的电压为正或负时，其输出电流流出或流进C端，所以，OTA既可当作一个NPN型晶体管工作，也可当作一个PNP型晶体管工作，这就是“双极性”的含义。

    OTA的增益和相位误差分别为0.06%和0.02°，缓冲放大器具有850MHz的开环带宽和3000V/μs的转换速率。运算跨导放大器的跨导可以由一个外接电阻进行调节，用户可以在带宽、静态电流和增益之间互相协调，以获得最佳效果。

    OPA660以其优良的性能和灵活的电路功能，便利它在视频和广播设备、通信设备和高速数据采集系统中具有广泛的应用价值。作为基本的功能块，它可以简化自动增益控制（AGC）放大器械和压控振荡器（VCO）的设计，也可为光纤传输中发光二极管提供驱动电流，它还可用于快速脉冲积分器、快速控制环路放大器和有源滤波器中。

    OPA660采用SO-8表面安装和8脚塑料双列直插式两种封装形式，图1为它的引脚排列。图2是其简化的内部电路。

2 工作原理

    OPA660中的OTA是一个压控电流源（VCCS），它就象一个晶体管，其三个引出端B、E、C相当于三极管的基极、发射极和集电极。但OTA与晶体三极管的区别在于，它是一个自偏（零偏）器件，输入电压既可正，又可负，为双极性，OTA既可像一个NPN管那样工作，也可像一个PNP管那样工作。值得注意的是，OTA的集电极电流方向与分立三极管相反。由图2可以看出，当B、E之间的差动电压为正（B正E负）时，T1电流减小，T5电流（二者之和为T3的固定偏流）增大，而T2电流增大，使T6电流减小（二者之和为T4的固定偏流），输出的镜像电流源T9电流增大而T10电流减小，因此，C端的输出电流是流出的；相反，当B、E之间的差动电压为负（B负E正）时，C端的输出电流是流入的。另外，分立三极管B、E之间有零点几伏的直流电位偏差，C与B、E之间的电压在放大区时应保证在几伏以上，而OTA的B、E、C之间偏差电压为零，因而静态时均为零电位。

    图1中的OTA符号既反映了OTA与三极管的类似，又强调了二者的区别。发射极的双箭头表示OTA既象NPN管，又象PNP管；集电极的两个箭头表示它的电流方向既可流入，又可流出。

    将OTA类比为一个三极管有助于对它的很多应用电路的理解，这种直觉的理解，反过来又简化了OTA的电路设计。

3 应用提示

3.1 连线和布线

    图3给出了OPA660的基本连接电路。OPA660虽然具有良好的高频特性，但工作在高频范围时仍需要注意连线和布线问题。

    ●电源线串接的却耦电阻和去耦电容应尽量靠近器件引脚，将钽电容、聚酯电容和平面型无感电容并联，可达到最好的去耦效果。

    ●连线和印制线应尽量短、粗，以减小串联电阻和电感。

    ●印制板地线平面应尽可能宽大，但在高阻结点下应避免地线，以减小分布电容。

    ●应使用低感元件，不要用线绕电阻，最好不使用插孔，因为它会增加一定的电感量。

    ●为防止振荡，使电路稳定，可在缓冲器输入端和OTA的B端串接25Ω~200Ω的电阻。

3.2 静态电流控制

    OPA660的总静态电流IQ=85I1,I1是引脚1流出的电流。在引脚1和引脚4（负电源）之间接一个外接电阻RQ，可以调节I1，从而调节IQ。改变IQ可以改变放大器的带宽及跨导等交流特性，这在一些应用中是非常有用的。若RQ=250Ω，则IQ近似为20mA，此时运算跨导约为125mS。

    图4为一个逻辑控制使能电路。当0/5V的逻辑信号Lin为低电平（0V）时，1mA的控制电流IC将使1脚的电位升高，从而可使OPA660内部的电流源载止而停止工作。

4 应用举例

    图5是一个全波包络检波及AGC电路。中频信号约第一个OPA6601放大器后，由D1、D2进行全波检波，检波后的两路信号在第二个OPA660放大器上叠加后滤波输出。输出信号Vo经R、C滤波后取出直流分量再加入第三个OPA660放大器的同相输入端，这样，它可作为一个电压控制电流源来控制第一个OPA660和第二个OPA660的I1，从而控制它们的运算跨导。当输出信号Vo增大时，滤波电容C上的直流电压也增大，从而使第三个OPA660上的输出电流IC增大以减小中频放大器（第一个OPA660）及叠加放大器（第二个OPA660）的I1，从而达到调节它们的静态电流IQ的目的。由于OPA660的运算跨导是随IQ的减小而减小的，所以Vo增大将使它们的增益减小，这样就实现了增益的自动控制。调节第三个OPA660的外接电阻RQ3可改变它本身的跨导，从而调节AGC的强弱。

    图6是由OPA660构成的差动放大器。它的良好的高频特性可使该放大器的带宽达到400MHz。需要强调的是，它的输入端极性与三极管相反，所以在引入负反馈时要特别注意。