集成运算放大器8FC3、8FC4简介

本刊今年陆续介绍了用通用型集成运放电路8FC3、8FC4安装的优质扩音机，这种扩音机体积小、调试简单、故障少、稳定性好、音质也很好，深受广大无线电爱好者欢迎。许多爱好者由于不了解这种集成块的特点，所以在业余制作中出了一些问题不会处理。下面从使用角度出发，对这两种集成块加以简单介绍。

买到这两种集成块的爱好者都会看到，这种集成块外形很象一般晶体三极管，只是引出脚比晶体管多一些。为什么需要那么多脚呢？因为这类集成块是将许多晶体管、电阻等集成到一起封装在一个管壳内做成的，也就是说，一块集成电路可以等效于由许多晶体管和电阻组合成的电路。为了使这个电路工作，需要外加电源，有些电路还需要从外部进行相位补偿、零点调整，再加上输入端、输出端等，集成块的管脚就比晶体管多得多了。

图1和图2分别为8FC3、8FC4的内部电路及管脚排列图。可以看出，这两种电路都是由晶体管和电阻组成的一个多级直接耦合放大器。从主要功能上说，整个电路分为输入级、中间级（可能由两级组成）和输出级。此外，由于采用直接耦合，还设置了一些恒流源及保护电路等。有关每部分单元电路的详尽分析，请参看本刊1980年第8期《集成运算放大器常用单元电路》一文。这里将只对整个电路的工作原理作一些简要分析。

图1中，T\(_{1}\)～T3、R\(_{1}\)～R3等组成输入级。这是共射极差动放大电路。R\(_{1}\)、R2为集电极负载。在11、10、12端的外接电位器W，用来补偿由于R\(_{1}\)、R2不对称而引起的失调。调节W，可使输出端静态电位回到零点。T\(_{4}\)、T3、T\(_{ll}\)、T14、T\(_{18}\)组成多路“镜象恒流源”，T3是输入级的恒流管。输入管采用复合管形式（称为“达林顿管”），并引出两组输入端以供选择。当从2、3端输入时，输入阻抗较高，可达到500千欧；而从1、4端输入时，虽然输入阻抗较小，但温漂影响也较小，可小到10μV／C\(^{。}\)。信号从差分对管T\(_{1}\)、T2的集电极双端输出，加到第二级T\(_{7}\)、T8的基极。

第二级由T\(_{6}\)～T\(_{ll}\)及R6～R\(_{8}\)组成，结构形式和输入级相似，只是增益较小。R6、R\(_{7}\)和二极管T6对下一级起静态偏置和温度补偿作用；第三级由T\(_{12}\)～T14等组成。T\(_{12}\)和T13组成复合PNP管，T\(_{14}\)是复合放大管的集电极恒流源负载，这一级增益很高。信号从第二级双端输出，通过第三级后转变为单端输出。由于前两级是采用的NPN管直接耦合放大形式，在放大过程中静态电平会有所上升，因此第三级采用PNP管放大，使其兼起电平下移作用，以保证在无信号时运放块输出端处于零电平；T15是一级射随器，起阻抗匹配作用。

T\(_{19}\)～T21为电流放大推挽输出级，T\(_{16}\)～T17是这一级的偏置电路，使输出级工作在AB类状态。T\(_{22}\)为输出过载保护管。T5起提高共模拟制比的作用。

图2是8FC4的内部电路。其输入级采用了共集共基串接电路，并且用T\(_{5}\)、T6作T\(_{3}\)、T4的集电极有源负载。用晶体管代替电阻作负载是第二代集成运放电路的标志，这种办法的好处是利用了晶体管静态电阻小、动态电阻大的特点，可有效地提高本级的增益及负向共模输入电压范围。T\(_{3}\)、T4为横向PNP管，这种管子有两个独立的集电极，它可以看成是eb结并联的两个晶体管。输入级采用这种电路结构的好处是，输入电压即使高达±30伏，管子也不会被击穿。信号在4、5端输入后，从T\(_{3}\)、T4的集电极双端输出，并由T\(_{7}\)管将双端转变为单端，将信号输入到T16缓冲管，再送到T\(_{17}\)进行放大。最后又由T23缓冲后送到T\(_{14}\)、T20推挽放大级。中间电压放大级T\(_{17}\)由于采用前后隔离措施，并且采用T13B作有源负载，所以仅一级的增益就可达到1000倍。图中T\(_{18}\)、T19将输出管偏置工作在AB类状态。T\(_{15}\)是T14的过载保护管，T\(_{21}\)对T20起保护作用。8FC4的主偏置系统由T\(_{1}\)0～T13A及稳压管等组成。因为由T\(_{1}\)0、T11组成的“镜象恒流源”又加了一级稳压管稳压，所以电源电压的波动对运放性能的影响大为减小。

集成运放电路的输入端采用差动放大电路，有两个输入端。输出端信号与输入端信号同相位的输入端，称为同相端；反之称为反相端。在电路上用“＋”号表示同相端，用“－”号表示反相端。在实际电路中要想正确判断出哪是“＋”端哪是“－”端也很容易。以图1为例，如果在“2”端加一个信号使U\(_{b2}\)↑，则Uc2↓→U\(_{c7}\)↑→Uc12↓→U\(_{e13}\)↓→Ue15↓→U\(_{e19}\)↓→Uo↓。输出端信号相位和“2”输入端信号相位相反，所以可以断定“2”端为反相输入端。在电路上，常用如图3所示的符号来表示输入端的极性。

表1列出了8FC3、8FC4在电源电压为±15伏时的主要指标，可供参考。

关于集成运放块的频带宽度问题，在指标中通常只给出开环频响，开环频响一般是很窄的，往往仅有几个赫兹，一些爱好者以为指标这么低在音响电路中不能使用，实际上，运放块可以使用的频带，除了和运放块的开环带宽有关外，还和使用时选用的闭环增益、消振网络的补偿方法和补偿深度以及对输出幅度大小的要求等有关。一般说来，当对通用型运放块的闭环增益选在100倍以下时，其频带从直流到音频范围以内，都可以获得大信号输出。

1．有的人问：集成运放电路有哪些用途呢？按信号的反馈方式来分，集成运放块可以工作在负反馈、正反馈和无反馈（开环）三种状态。后两种形式常常是将运放块做成各种振荡器或比较器。但在大多数情况下，运放块多以第一种负反馈方式工作，此时运放块工作在线性放大区。因为运放块的开环放大倍数很大，输入阻抗很高，所以在施加深度负反馈的条件下，放大器的输出信号与输入信号之间的函数运算关系，只与放大器的外部网路有关。

集成运放块输入信号的方式有三种：反相输入、同相输入和差动输入，接线图见图4。在闭环工作时，运放块的闭环增益与信号的输入方式有关。运放块用作比例放大时，闭环增益应远小于开环增益，以获得较高的运算精度和较宽的频带。输入电阻R\(_{1}\)不要取得太大，这样可以减小噪声。两个输入端到地的直流通路电阻应尽量相等，以减小失调和漂移。

2．运放块的电源供电方式分双电源供电和单电源供电两种。多数情况下采用对称正负双电源供电，典型电压值多数是±15伏。也可以在低电压下工作，8FC3最低可工作在±3伏，8FC4最低可工作在±5伏。采用正负对称电源工作时，输出端的静态电平应接近零伏；运放块在单电源下工作时，电压可用到30伏。8FC3最低可用到6伏，此时输出端的静态电平升为\(\frac{1}{2}\)V+。因为运放块内部各点的静态工作电位都提升了1;2V+，所以运放块的输入端应如图5所示垫起相应的电平，只有这样信号才能加进去。

3．目前国内通用型运放电路都是电压放大，负载能力比较弱。在典型电源电压和满幅度输出条件下，输出电流要求一般不超过5毫安。或者说所接负载电阻应在2千欧以上。

在调试当中主要常碰到两个问题：一是集成运放块的自激问题，二是静态时集成块输出端的电平调试问题。自激产生的原因主要是因为运放块内部采用多级级联形式，并且由于级间分布电容的影响使信号产生了附加相移。为了消除这种自激振荡，常在运放块的引出脚上接入适当数值的 RC网络，以破坏集成块内部引起自激的相位条件。究竟在哪些引出脚并联RC元件？ RC的数值取多大？这要看所选用的集成块的品种及其闭环增益的大小而定。此外，还可以在运放块的外围，如输出端和地之间、反馈回路上、两输入端之间等处接上适当的电阻和电容来消振。8FC3和8FC4的典型消振方法如图6。图中消振电容的数值视所取闭环增益的大小而定。闭环增益越小，电容C的容量应越大。但容量过大也不好，此时会使运放块的频带变窄。

关于静态时输出端电平的调整问题，在正负电源供电、输入端偏置对称的条件下，输出端的静态电平理应为零伏。但是，由于制作工艺上的种种缺欠，使集成块内部差分对总不可能做到绝对一致，因此输出端的静态电位常不是零伏，而存在一个偏移电压。将这个偏压除以放大倍数而折合到输入端，就是我们常说的输入失调电压。

在扩音机电路中，集成运放块放大的是交流信号，而且输出幅度不要求很大，则静态零偏也可以不去调整。对于8FC3来说，只需将12、10、11脚短接起来即可；对于8FC4来说，则要将3、7端悬空即可。需要调整零偏时，可在规定的调零端接入电位器进行调节。调整方法见图7。(曾新民)