怎样选用高传真扩音机的集成运放块

🏠 首页 《无线电》杂志 1982年 🔗 第3期 🔗 第12页 分类:“现代家庭电子制作”电视讲座辅导材料 🔗 朱颖 🔗

本刊以前介绍过几种用集成运放电路安装的高传真扩音机。这种扩音机电路简单、易于调试,在性能上有某些优点。但目前集成运放块有多种型号,性能不一,在业余条件下如何选择使用呢?

先熟悉集成运放块的几个特性

集成运放块的内部电路较复杂,从使用角度出发,可暂不去管它。我们现在把它作为一个器件,只研究一下它对外部表现出来的一些特性。图1中的三角块代表一个集成运放块,它有两个输入端和一个输出端(为了简便,图中的相位补偿和调零端未画出)。可以把它看成是双端差动输入和单端输出的直流放大器。它有如下特性:

图1
图1 🔍原图 (656×266)

①电压增益:集成运放块的差动直流电压增益一般为80~120分贝。以90分贝为界,又可分为80~90分贝的中增益和90~120分贝的高增益两种类型。作为线性放大单元使用时,常常要外加上负反馈电路。图1中的R\(_{F}\)就是负反馈元件。此时电压闭环增益等于(RF+R\(_{1}\))/R1;

②输入特性:集成运放块的输入负端常用于引入负反馈及联接差动信号负端。单端输入信号多从正输入端引入。这时输入正端的阻抗在几百千欧到几兆欧之间。实际上,两个输入端是一对差分三极管的两个基极,必须有基极偏流,管子才能工作。例如常见的一些运放块正输入端管子基极偏流通过R\(_{2}\)供给,负输入端管子基极偏流通过RF供给,所以只有R\(_{2}\)等于RF,两输入端的静态电位才能达到平衡。

③输出特性:集成运放块的开环(不加负反馈)输出阻抗在100~3000欧之间,闭环(加负反馈)输出阻抗通常不大于几十欧。在正常使用时,输出电流在5~10毫安之间,所以运放块的负载电阻R\(_{L}\)应大于VP/(5~10)×10\(^{-3}\)欧。例如设输出最大电压V\(_{P}\)=13伏,则RL>13/5×10-3=2.6千欧。

④失调和漂移特性:当集成运放块两输入端对地短路时,两输入三极管的基极和发射极之间的电压V\(_{be}\)之差,就相当于加在理想放大器上的差动信号,称为失调电压。正品低档运放块,该值在10毫伏以下。等外品(即业余品)运放块失调电压较大,一般在50毫伏以下。当周围温度变化100℃时,失调电压值还要变化,大约变化不到10毫伏。

⑤其模特性:如果在运放块两输入端的差分放大管的基极上同时加相同极性的对地电压,这个电压就叫共模电压。如果所加的两个电压大小相等,输出交流电压应为零伏。但实际上还是有些输出电压。我们把引起同一输出电压的共模电压与差动电压的比值叫做共模抑制比,其数值在65分贝到110分贝之间。例如:设抑制比为65分贝(1778倍),共模电压为±6伏,则此时对应的差动电压为6伏/1778≈3毫伏。设运放块的放大倍数为10,则±6伏共模电压引起的输出电压最多不超过30毫伏。不同型号的运放块许可的最大共模电压一般在±6伏到±13伏之间。

⑥频率特性:通用型运算放大器的开环截止频率在6~3000赫之间。高于截止频率时,开环增益按该频率对截止频率的比值成反比例下降。例如,8FC4型的典型截止频率为6赫,开环增益K\(_{0}\)为1~5万倍。设K0为2万倍,则当频率为12赫时开环增益将降为1万倍;频率为6千赫时则K\(_{0}\)降到仅有20倍。

为了展宽频带,通常给运放块加上较深的负反馈。设闭环放大倍数为K(f),开环放大倍数为K\(_{0}\)(f),负反馈系数F=1/10。当K0(f)· F》1时, K(f)=K\(_{0}\)(f)1+K0(f)F≈10。我们又知道,当频率f=5.2千赫时,K\(_{0}\)(f)=20000×6/5200=23,则此时的闭环放大倍数K(f)=23;1+23×1/10≈7。可见,加上负反馈后频带展宽了近1000倍。实际上,加了负反馈以后,对减小运放块的失真,降低输出阻抗等都有好处。

正确处理负反馈和频率补偿

为了消除集成运放块的自激,使用时在有关管脚需要加接频率补偿电容。在集成运放块开环频带以内,补偿电容对信号的分流作用可以忽略。但随着频率的升高,电容对信号的分流作用增大。在高频大信号时,很大一部分信号电流要被旁路掉,致使流入下一级的信号电流不足。所以大信号时的频宽往往远远低于小信号时的频宽。另外,在负反馈加深时,因为引起自激的可能性加大,所以频率补偿电容也要加大,于是高频端电流的枯竭现象更严重,频带就越窄。所以负反馈深度和补偿电容数值要综合考虑,找一个最佳方案。

哪几项指标起关键作用?

在对各种集成运放块出厂检验时,通常要测失调电压(或测失调电流)、开环增益、静态功耗、共模抑制比、输出特性等。对于业余品而言,则是上述几项指标中可能有某项或某几项不符合要求(但是要有功能)。集成运放电路用于高传真扩音机的功放级时,失调电压、开环增益、共模抑制比以及静态功耗等几项指标通常都能够用。应该重视的是输出特性这项指标。另外,有些集成运放块,尤其是业余品运放块,由于内部电路中某些三极管耐压太低,所以电源电压稍高,输出端的静态电位就会远远高于前面所说的50毫伏界限。因此使用业余品集成运放块时,如果遇到输出端静态电位较高,应降低电源电压,直到使静态电位稳定在较小的数值为止。

运放块的输出特性可用输入电压V\(_{i}\)和输出电压Vo之间的关系曲线(又称为转移特性)来描述。图2a为正常曲线,它是一条穿过坐标原点的双折线;图2b是有交越失真时的特性曲线,这种运放块不能用。

图2
图2 🔍原图 (484×239)

业余品运放块的输出电压幅值在±4伏到±13伏之间。对应扩音机的输出功率可从1瓦做到10瓦(当然如果在电路上采取一些措施,还可使输出功率超过20瓦,这以后再具体讲)。输出特性在业余条件下可用图3电路测试。先将电源电压调整为±18伏,然后调节电位器W,此时输出端的电压最大变动量就是运放块输出端的动态范围。可用万用表测出V\(_{i}\)——Vo的对应数值,画在坐标纸上,然后和图2比较以决定取舍。其中幅度小的可用于扩音机的前置级或音调控制组,幅值大的用于功放激励级。应注意:进行这项工作时应将集成块充分消振,补偿电容应取最大值。运放块存在寄生振荡时,输出特性的中段将是非线性的。

图3
图3 🔍原图 (434×372)

如果要测的运放块不多,可把运放块直接焊在电路板上测试。为了便于取下来,管脚穿过电路板处不要焊,而是将管脚穿过电路板后折弯,然后只在其端部点上一点焊锡进行焊接。焊接时应特别注意:有些厂家的产品耐高压冲击能力很差,为了保护运放块,应该用带有地线的烙铁焊接,或者采用烙铁加热后暂时断电焊接法。

怎样配置集成运放块?

集成运放电路有好几种类型,如高增益、中增益、宽频带等等。原则上说,虽然将每种运放块放在高传真扩音机任何一级,如输入级、音调级、功放激励级等,扩音机都能工作,但扩音机的有些指标如频率特性、输出功率等却有很大差别。对用于前置级的运放块没有太多的要求(当然频带宽一些好),对用于功放激励级的运放块则应注意下面几个问题:

1.如果要求扩音机的输出功率较大,功放激励级信号则必须大。这时激励级应选用输出幅值大的,例如8FC4型。类似的型号有5G24、FC4、4E322、F006、F007、F008等。这类型号的特点是输出幅值大,允许的共模电压大。但上述型号运放块的缺点是开环带宽太窄,高频端失真较大,因此扩音机的频率特性只能做到中等水平。

2.采用高增益、宽频带型号,如8FC3、 XFC3、FC52、BG305等。一般功率放大级由一个作为激励级的运放块和未级复合功率管组成,由于信号经过复合管时又要产生附加的相位移,所以施加较深的负反馈后运放块容易产生寄生振荡。如果用加大频率补偿电容消除振荡,则势必使高频端输出功率太小,且对瞬态失真不利。解决办法是减小这一级的负反馈量,以使补偿电容取值更小一点。一般说来,这一级的增益取50~100倍最为合适。

3.采用中增益宽频带型号,如8FC2、FC3、F005、X51、LE304、5G23等。这种类型的运放块频带较前者宽,价格也较低,但输出最大幅值较小。我们测试过北京东光电工厂生产的8FC2等外品,除损坏者外,在±18伏电源下动态范围可达到±12伏,少数可达到±13.5伏,能满足一般需要。用这种集成运放块安装的扩音机,高频端功率下降也较小,可用于对音质要求稍高的场合。

有些运算放大器如8FC1、BG301、F001、5G922、X50等,因输出电压幅度太小,不适用于功率放大级。其余一些型号以上述讲到的第3种性能较好。(朱颖)