寬帶運(yùn)算跨導(dǎo)放大器OPA660的特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)的電路原理分析

OPA660是Burr-Brown公司生產(chǎn)的寬帶運(yùn)算跨導(dǎo)放大器，采用SO-8表面安裝和8腳塑料雙列直插式兩種封裝形式，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。OPA660以其優(yōu)良的性能和靈活的電路功能，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，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。

主要特點(diǎn)：

內(nèi)帶的OTA可以看作是一個(gè)理想的晶體三極管，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。

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。

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。

結(jié)構(gòu)原理：

OPA660中的OTA是一個(gè)壓控電流源（VCCS），它就像一個(gè)晶體管，其3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。由圖可知，當(dāng)B、E之間的差動(dòng)電壓為正（B正E負(fù)）時(shí)，T1電流減小而T5電流（22者之和為T3的固定偏流）增大，T2電流增大而T6電流減?。ǘ咧蜑門4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。

如圖所示電路采用跨導(dǎo)放大集成運(yùn)放芯片OPA660作為放大元件。OPA660集成芯片的內(nèi)部電路有兩個(gè)組成部分：跨導(dǎo)放大部分OTA和高速緩沖。

電路的增益可變的主要原因是：OPA660的增益（即OTA的跨導(dǎo)gm）與OTA的靜態(tài)電流有關(guān)，因而當(dāng)改變OTA的靜態(tài)電流時(shí)，其跨導(dǎo)gm也將隨之而變，同時(shí)OPA660的帶寬也將變化。由圖知OPA660中OTA的靜態(tài)電流控制引腳1的靜態(tài)電流由三極管Q控制。三極管Q可選用2N3906的PNP管。顯然三極管Q所構(gòu)成的電路為恒流源電路。這個(gè)恒流源的電流值可通過電位器Rw進(jìn)行調(diào)節(jié)。由上述分析可知：當(dāng)電位器Rw變化時(shí)，相應(yīng)Io、gm、Av也發(fā)生變化。

但必須強(qiáng)調(diào)的是：靜態(tài)電流Io不得小于1mA，否則OPA660將不能正常工作。下表是OPA660中OTA的跨導(dǎo)gm與靜態(tài)電流Io的近似關(guān)系。