简谈电子电位器

最近新试制出来的BJ829型电子电位器，其性能达到国外同类产品的水平。用于电器设备的声频输出增益控制，可提高整机的性能指标。下面详细介绍一下它的工作过程。

电子电位器的电原理图如图1所示。它由控制、恒压和放大三部分组成。

1．控制部分：图1中，Q\(_{1}\)为射随管。D4为一只5.2伏的稳压管，当接通电源后，Q\(_{1}\)基极电位被钳位于7.3伏，而射极被钳位于6.6伏。控制部分由恒流源R2、D\(_{5}\)、R3、R\(_{4}\)、Q2、R\(_{5}\)、D6、R\(_{外}\)和放大管Q3、R\(_{6}\)、R7、D\(_{7}\)～D9以及射随管Q\(_{4}\)、R8组成。由图中所标数值可计算V\(_{bQ2}\)=（VeQ1-V\(_{EB}\)）·R3／（R\(_{2}\)＋R3）=5.3伏，其中V\(_{EB}\)为PN结压降。由于Q2的e极、D\(_{5}\)的正端与公共端M点都相差一个正向压降，所以有VeQ2≡V\(_{D5正}\)，即IR2R\(_{2}\)≡IeQ2R\(_{4}\)，或是IeQ2＝I\(_{R2}\)R2R\(_{4}\)=VeQ1-V\(_{EB1}\);R2+R\(_{3}\)·R2R\(_{4}\)。当R2、R\(_{3}\)、R4确定后，由于V\(_{eQ1}\)被钳位于6.6伏，是定值，所以IeQ2即为定值，这时它与Q\(_{2}\)管集电极电路负载大小无关，即IcQ2（≈I\(_{eQ2}\)）是恒流的。要使Q2的恒流特性好，Q\(_{2}\)必须工作在线性区。为确保负载变动时，ICQ2稳定不变，要求Q\(_{2}\)管的输出特性曲线尽量平坦（交流内阻越大越好）。

Q\(_{3}\)管的β值设计在60～90之间，射极电阻R7又较大，所以其输入直流阻抗R\(_{in}\)≈βR7可达几百千欧，因而作为Q\(_{2}\)管集电极电路等效负载可近似认为是R5＋R\(_{外}\)。由IcQ2≈\(\frac{V}{_{eQ1}}\)-(VbQ2+0.7)R\(_{4}\)＝0.2mA，有VcQ2=I\(_{cQ2}\)（R5＋R\(_{外}\)）＋0.7，VbQ3≈I\(_{cQ2}\)R外+0.7，V\(_{eQ3}\)=VbQ3-0.7=I\(_{cQ2}\)R外。由上式可见，当R\(_{外}\)↑时，VcQ2↑、V\(_{bQ3}\)↑、VeQ3↑，而V\(_{cQ3}\)↓、VeQ4（=V\(_{bQ8}\)、VbQ11）↓，V\(_{eQ4}\)是跟随VcQ3的，且V\(_{cQ3}\)-VeQ4=4V\(_{BE}\)=2.8伏。

①R\(_{外}\)=0：由于VeQ3=V\(_{R外}\)，R外=0，使V\(_{R外}\)=VeQ3=0，故Q\(_{3}\)处于截止状态。此时VcQ2=0.2mA×R\(_{5}\)＋0.7=0.9伏。因IcQ3=O，V\(_{cQ3}\)≈VeQ1=6.6伏。V\(_{eQ4}\)＝6.6-2.8=3.8伏。

②0＜R\(_{外}\)≤20kΩ时：此时VeQ3＞0，放大管Q\(_{3}\)进入线性工作区。随着R外↑、V\(_{cQ2}\)↑、VbQ3↑、I\(_{cQ3}\)↑，而VcQ3↓、V\(_{eQ4}\)↓、（VbQ8=V\(_{bQ11}\)）↓。当R外=20kΩ时，V\(_{cQ2}\)=4.9伏、VbQ3=4.7伏、V\(_{R外}\)=VeQ3=4.0伏、V\(_{cQ3}\)＝6.04伏、VeQ4=V\(_{bQ8}\)=VbQ10＝3.24伏。这些数据表明，Q\(_{2}\)、Q3均工作在线性区。

由于Q\(_{2}\)恒流管的恒流作用，当调整R外时，只改变Q\(_{3}\)的基极电位，进而改变Q4的射极电位（R\(_{外}\)=0，VeQ4=3.8伏，R\(_{外}\)=20kΩ时，VeQ4＝3.2伏），使控制部分输出一个能在固定范围内变化的直流电压，通过对Q\(_{8}\)、Q11的控制达到对输出增益的控制。

2．恒压部分：该部分由R\(_{9}\)、R10、D\(_{1}\)0、R11、Q\(_{5}\)、R12以及降压二极管D\(_{11}\)～Dl3和Q\(_{6}\)、R13组成。由于V\(_{eQ1}\)＝6.6伏固定，恒压部分元件参数也是固定的，由图所标数值可求得VbQ5＝3.2伏、V\(_{eQ5}\)=2.5伏、VcQ5=6.3伏、V\(_{bQ6}\)=4.2伏、VeQ6=3.5伏。进而可使V\(_{bQ9}\)、VbQ10具有恒定的3.5伏电位。

3．放大输出部分：放大部分由C极交叉耦合、b极两两相共的Q\(_{8}\)～Q11，双差分放大级及其恒流管Q\(_{7}\)、Q12和负载R\(_{19}\)组成。R14、D\(_{14}\)、R15，R\(_{21}\)、D15、R\(_{22}\)分别为恒流管Q7、Q\(_{12}\)的偏置部分。因恒流管e极均接有电阻故与其偏置部分仍形成比例式恒流源。

输入信号经1脚（或8脚）加至S点，放大的信号由Q\(_{9}\)、Q11的共C极取得，再经射随管Q\(_{13}\)由其射极输出。R16可减小信号源的功率，而R\(_{17}\)可提高输入信号的幅度。

放大输出级中恒流管Q\(_{7}\)、Q12的恒流电流是很容易算出的，只是由于Q\(_{7}\)的b极接入R16、R\(_{17}\)后，为取得与Q12相同的偏置状态，偏置电阻R\(_{14}\)、R15与R\(_{21}\)、R22的数值略有不同。即为使V\(_{bQ7}\)=VbQ12，D\(_{14}\)正端电位VD14正要比V\(_{bQ12}\)高出IbQ7（R\(_{16}\)＋R17）的电压。不难看出，V\(_{bQ12}\)=Vcc-0.7R\(_{21}\)+R22·R\(_{22}\)+0.7，而IcQ12≈I\(_{eQ12}\)=VbQ12-0.7;R\(_{2}\)0，其偏置电流ID15=\(\frac{V}{_{cc}}\)-0.7R21+R\(_{22}\)。对于Q7则有V\(_{D14正}\)=Vcc-0.7;R\(_{14}\)+R15·R\(_{15}\)+0.7，VbQ7=V\(_{D14正}\)-IbQ7(R\(_{16}\)+R17)=V\(_{D14正}\)-VD14正βR\(_{18}\)+R16+R\(_{17}\)·（R16+R\(_{17}\)），其中βR13是Q\(_{7}\)射极电阻折合于基极的等效电阻。其偏置电流ID14=V\(_{cc}\)-0.7;R14+R\(_{15}\)。根据差放原理：IcQ7=I\(_{cQ8}\)+IcQ9，I\(_{cQ12}\)=IcQ10+I\(_{cQ11}\)。当VbQ8Q11-V\(_{bQ9Q1}\)0≥100mV时，恒流管Q7、Q\(_{12}\)的电流全部流过Q8、Q\(_{11}\)，而IcQ9=I\(_{cQ1}\)0=0。当VbQ8Q11=V\(_{bQ9Q1}\)0时，IcQ8=I\(_{cQ9}\)=\(\frac{1}{2}\)IcQ7，I\(_{cQ1}\)0=IcQ11=1;2I\(_{bQ12}\)。反之，当VbQ8Q11－V\(_{bQ9Q1}\)0≤-100mV时，恒流管Q7、Q\(_{12}\)的电流全部流过Q9、Q\(_{1}\)0，即IcQ8=I\(_{cQ11}\)=0。只要偏置适当，Q7、Q\(_{12}\)电特性一致，Q8～Q\(_{11}\)电特性一致，既能保证IcQ7＝I\(_{cQ12}\)，又能确保当VbQ8Q11相对于V\(_{bQ9Q1}\)0变化时，+cQ8（或-cQ8）、＋cQ11（或-cQ11）同-cQ9（或+cQ9）、－cQ10（或+cQ10）相等。这样，由于双差分放大器C极呈交叉连接，流过负载电阻R19的电流在V\(_{cc}\)一定时始终为定值并等于IcQ7（=I\(_{cQ12}\)）。为此，VcQ11=V\(_{bQ13}\)=Vcc－I\(_{cQ7}\)R19是恒定的。显然V\(_{eQ13}\)=VbQ13-0.7伏也是恒定的。

在前面已经谈到V\(_{bQ9Q1}\)0＝VeQ6＝3.5伏，受R\(_{外}\)控制的VbQ8Q11=V\(_{eQ4}\)在3.24～3.8伏之间变化。R外的这种变化引起Q\(_{8}\)～Q11的电流分配比的改变，在R\(_{19}\)上产生的压降是抵消的，因此VcQ11是不变的。例如，如前所述R\(_{外}\)↑，VbQ8Q11↓时，1\(_{cQ11}\)要减少-cQ11，I\(_{cQ8}\)减少-cQ8，且-cQ8=-cQ11。而I\(_{cQ9}\)和IcQ10要分别增加+cQ9和+cQ10，且+cQ9=+cQ10。由于Q\(_{7}\)、Q12电流恒定且相等，则+cQ9＝－cQ11，它们在负载R\(_{19}\)上产生的压降是相互抵消的，VcQ11仍为V\(_{CC}\)－IcQ9R\(_{19}\)。即VbQ8Q11的改变不会引起输出端直流电位的改变。同理，电位器R\(_{外}\)活动触点接触不良所引起的VbQ3波动也不会在输出端出现。

输入信号由1脚（或8脚）经R\(_{17}\)加在Q7的b极。Q\(_{7}\)既是恒流源又是放大器，放大后的交流信号有两条通路：一条是Q7的C极→Q\(_{8}\)的e极→Q8的C极→V\(_{cc}\)。另一条是Q7的C极→Q\(_{9}\)的e极→Q9的C极→R\(_{19}\)→Vcc。当Q\(_{9}\)共射放大系除β值很大时，即可以认为IeQ9≈I\(_{cQ9}\)。于是可以对Q7按一般共射放大器计算其放大倍数K\(_{V}\)。设Q7端输入电流为i\(_{b}\)，负载R19上的电流为i\(_{cQ9}\)，则放大倍数KV≈6.12（设β=70，计算略）。因i\(_{cQ9}\)=icQ7－i\(_{cQ8}\)，只有当VbQ9Q10-V\(_{bQ8Q11}\)≥100mV时，即icQ9＝i\(_{cQ7}\)、icQ8=0时，负载上才有最大的信号输出。当输入信号为100mV时，R\(_{19}\)上输出信号电压UR19=612mV。由于射极输出级的射极电阻R\(_{23}\)很大，发射极结电阻re很小，基极电阻r\(_{b}\)大致在数百欧左右射极随器电压传输系数近似为1，因此从3脚（或10脚）得到的输出信号也接近612mV。由于Q13e极相位与Q\(_{11}\)C极相同，而Q11C极（即Q\(_{9}\)C极）相位又与Q7b极输入信号相信相反，所以3脚输出信号与1脚输入信号反相。该电路在V\(_{cc}\)=16V时，允许输入信号为460mV。当Vcc=8V时，输入信号可达200mV。

电源电压范围8～16V。电压增益11～17dB。衰减量≥80dB。静止工作电流（单）8～14mA。声道串音（双）：衰减60dB以上。残留输出噪声电压≤150μV。

采用黑色陶瓷外壳封装，双列直插引线，见图2。7、11、14为空脚。2、9脚用于滤除残留载频和高音外接电容。4脚为双电子电位器公共地端。1、2、3、12、13组成一个电子电位器，5、6、8、9、10组成另一个电子电位器。单电子电位器用于单声道，双电子电位器用于双声道。其应用电路见图3。(潘广谅)