摘要：介紹了CBFET（互補雙極型場效應管）運算放大器AD843的主要功能特點及其在阻抗匹配電路中的應用。並通過幾種阻抗匹配電路的比較說明了該晶片的獨特性和優越性，最後給出了AD843的一個應用實例。
關鍵詞：在電路設計中的許多情況下需要進行阻抗匹配變換，以適應各種晶片或元件間的匹配。傳統的阻抗匹配由分立器件組成，因而電路幹擾大、調試麻煩、開發周期長並且維護困難。而一些運放集成晶片由於本身在結構上的設計局限（如頻帶寬度，輸入偏置電路等），遠遠不能滿足較寬頻帶和精確匹配的要求。CBFEY（互補雙級型場效應管）運算放大器AD843卻能以其獨特的CBEFT設計來滿足較精確應用的場合。本文簡單介紹了AD843的特性，並結合筆者的體會以及對幾種阻抗匹配電路的比較，產明了由AD843的組成阻抗匹配電路優越性。最後給出了AD843在筆者虛擬示波器硬體設計中的一個實際應用電路。
AD843除可用於阻抗匹配電路外，還可用於高速採樣保持放大器、高速帶寬有源濾波器、高速積分器以及高速信號調節器等電路。
AD843的主要特點如下：
●AD843具有高轉換率、快速建立時間和低輸入偏置電流等特性，這使得它在12位D/A和A/D緩衝器高速採樣-保持放大器、高速積分器電路等應用方面成為一種理想的放大器；
●獨特的互補雙極型場效應管的內部結構使得AD843具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點。因而AD843可以代替許多場效應管（EFT）的輸入混合放大器，例如LH0032，LH4104和OPA600；
●採用完全差動輸入方式，這使其在標準的高頻運算放大器應用中（如高速帶寬有源濾波器、高頻信號等）調節起著顯著的作用；
●採有內部雷射晶片微調技術，從而使AD843的輸入補償電壓可低於1mV;
●可利用AD843的1腳和腳8進行外部調零；
●AD843閉環運行時不需要外部補償。
1 引腳功能及特性參數
1.1 引腳功能
CBFEF運算放大器AD843採用8腳DIP封裝形式，圖1是其引腳排列圖，各引腳的功能如下：
1腳（BALANCE）：外部調零端；
2腳（-INPUT）：反相輸入端；
3腳（+INPUT）：同相輸入端；
4腳（-Vs）：負電源端；
5腳（NO CONNECT）：空腳；
6腳（OUTPUT）：輸出端；
7腳（+Vs）：正電源端；
8腳（BALANCE）：調零端。
1.2 特性參數
AD843在±5V供電情況下的交流及直流特性參數發下：
●交流特性：
單位增益帶寬：34MHz；
快速建立時間：135ns；
轉換速率：250V/μs；
全功率帶寬：3.9MHz；
上升時間：10ns；
輸入電容：6pF。
●直流特性：
輸入失調電壓：最大1mV；
輸入偏置電流：典型值0.6nA；
輸入電壓噪聲：19nV/(Hz)1/2；
開環增益：接500Ω負載時為30V/mV；
輸出電流：最小500mA；
饋電電流：最大13mA；
輸入電阻：10 10Ω；
輸出電阻：12Ω。
2 應用設計
2.1 實際電路要求
圖2是筆者設計的一個虛擬示波器硬體系統的前端模擬部分框圖。其中採集工作由探筆完成，它的輸入端電阻一般在1MΩ以上，不同比例的衰減電路由分立原件組成。增益調節由可調增益運放AD603完成。而AD603的輸入端電阻為100Ω左右，因此信號的輸出電阻應遠小於100Ω，否則電壓分壓將過大。這樣，就要求阻抗變換部分的輸出電阻要小，因此為了防止探頭所採集的信號衰減過多，阻抗變換部分的輸入電阻應在1MΩ左右或更大。而且要求信號帶寬應在10MHz以上。同時要求該阻抗變換對信號不能衰減，即具有可壓跟隨器的作用。並且還要求阻抗變換結構簡單，便於調試。
2.2 分立元件組成的阻抗匹配電路
為了找到一種合適的阻抗匹配電路，筆者對幾種阻抗匹配電路進行了調試和比較，其中分別包括分立器件和集成晶片所構成的電路。
應用分立器件的原因是其價格低廉，為此筆者設計了源極輸出器，它的特點是輸入電阻高，而電壓放大倍數小於且接近於1。
通過實驗觀察發現：分立元器組成的源極輸出器除具上述優點外，同時也存在著以下幾點不足：
（1）該源極輸出器輸出的波形很小。
（2）靜態工作難以設置，致使信號負半周期不能完全輸出。
（3）由於極間電容和導線的電容影響而導致頻帶變窄。
鑑於上述缺點，筆者設計了如圖3所示的偏移電路，該電路採用孿生FET以降低零漂。由於採用恆流源作源極負載，因而增益更趨近於1，且直流工作狀態極為穩定。
但是通過實驗發現，該電路還有以下缺點：
（1）找兩個N溝道結型場效應管特性十分對稱的管子不太容易。
（2）由於極間電容和導線電容的影響，加之源負載的各極間存在的固有電容，致使帶寬變窄。
傳統的模擬示波器的阻抗匹配電路一般均採取上述兩種方式，也可以在源極跟器後設置射極跟隨器或用差分放大等方式來解決上述缺點，但所需用的器件太多，結構複雜。
2.3 集成晶片構成的阻抗匹配電路
集成電路晶片由於其集成度高、幹擾小、性能良好、所佔空間小，因此筆者根據輸入阻抗高、輸出阻抗低、頻帶寬的要求，選取了低功耗運放AD828。
圖4為AD8228的引腳排列，由其組成的阻抗匹配電路如圖5所示。
圖5中，D1、D2為限壓二極體，R1為1MΩ的電阻，運放AD828接成電壓跟隨器形式，通過實驗觀察：該電路在頻帶寬度方面能夠滿足要求。然而，它還是存在著以下幾點不足：
（1）輸入開路時，AD828輸入端3腳有一1.0V的電壓，從而導致輸出端1腳不能為零。而調計要求是：無論輸入零電位還是輸入開路，輸出端都應為零電位。
（2）若減小R1的阻值，AD828輸入端的電壓也將減小。這說明AD828輸入端3腳存在灌電路。
（3）由於灌電流的影響，系統中不同比例衰減電路的不同分壓電阻將在AD828的輸入端3腳產生不同的電壓，從而造成輸出端1腳的電壓誤差，且不易消除。
由於上述電路均不能滿足設計要求。因此筆者選用了AD843晶片並採用了如圖5所示的、與AD828相同的電路來進行阻抗匹配。經過測試發現：當輸入電壓±1V的範圍內時，其頻帶在20MHz左右，可以滿足頻帶要求。並且具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特點，從而達到了系統阻抗匹配電路的要求。
2.4 AD843組成的具體電路
我們知道，示波器所顯示的波形可以上下移動和放大縮小。圖6是一個虛擬示波器硬體系統前端模擬部分的具體電路。圖中，μP741，AD603兩個晶片用來完成示波器的上下移動和放大縮小。晶片AD843在這裡不僅起阻抗變換的作用，而且承擔著和μP741一起來完成示波器所顯示的波形的上下移動的任務。波形放大縮小的粗調由不同比例的衰減電路完成，波形放大縮小的細調則由AD603。
3 注意事項
（1）同多數高帶寬放大器一樣，AD843易受負載電路的影響，尤其是在用作電壓跟隨器時，負載電容在小於20pF時對AD843的額定性能影響不大。但在負載電容較大時對AD843影響就不能忽視了。如階越響應的尖峰情況。這時應當用電阻或電阻、電容的組合來構成反饋進行調節。
(2)AD843的靜態功耗要比許多高速運放低，因而不需要散熱器。但是如果負載電阻過低，那麼流過負載的電路會增大，從而導致明顯的溫度上升，使輸入偏置電流增高。這時可加一個小散熱器。
（3）AD843電路的導線連接應儘可能短，提供低電抗、低電感的電路通道以減少高頻時的耦合。
（4）集成電路插座應儘量避免，因為它們有可能增加線間電容而降低帶寬。
（5）AD843的電源端應加2.2μF和0.1μF的兩個並聯電容以使供電穩定。
4 結束語
通過幾種阻抗變換的電路比較，以及在虛擬示波器硬體系統前端模擬部分的實際應用，筆者認為：AD843在完成阻抗變換方面優勢明顯，完全能夠符合設計的需要。可大大減輕調試的工作量和幹擾帶來的麻煩，是一種應用十分廣泛的新型晶片。