TDA70××系列调频单片集成电路因调试简单、所需外围元件少而得到了广泛的应用。该系列电路包括TDA7000、TDA7010T和TDA7021T等集成电路。由于这些集成电路的内部工作原理基本相同,只是引脚的排列、外形封装和外围元件略有不同,所以,可以互换应用。
电路特点
(一)不用中频变压器
众所周知,在普通的调频集成电路组成的收音机中,中频变压器和中频鉴频谐振线圈都是不可缺少的外围元件。尽管有些集成电路可以用10.7MHz的陶瓷滤波器和10.7MHz的陶瓷谐振器来替代中频变压器,省去调整步聚,但对它们的中心频率又有着严格的要求。TDA70××系列电路在设计时把中频变压器和鉴频谐振线圈都省去了,并且把中频滤波器做到集成电路内部。使TDA70××系列电路的外围电路大大简化。但是,要把中频滤波器做在集成电路内部,只能使用由电阻器、电容器和运算放大器组成的RC有源滤波器。然而RC有源滤波器的工作频率一般都远低于10.7MHz。因此,必须降低中频频率。为了保证有较好的信噪比、调幅抑制比以及考虑到能有效地抑制镜象干扰(让镜象干扰频率落在相邻两调频台的中间),TDA7000和TDA7010T的中频频率取70kHz,TDA7021T的中频频率取76kHz。
(二)压缩中频频偏
我们知道,调频广播的最大频偏在±75kHz。如果是单声道信号,信号带宽为15kHz,调频广播信号带宽就是2倍的最大额偏+信号带宽=2×(75+15)=180kHz。以TDA7000为例,中频频率只有70kHz,所以,中频滤波器的带宽最大也不会超过2×70kHz=140kHz,小于调频广播的信号带宽。因此,在集成电路内部必须对中频频偏进行压缩。在TDA70××系列电路中使用了频率锁定环(FLL)技术对中频信号的频偏进行压缩。实际上,是将鉴频器输出的音频信号对本振频率进行频率调制,并使本振频率的频偏低于天线输入信号的频偏,这样在混频输出端便得到经频偏压缩过的中频信号。适当选取频率锁定环的参数,将天线输入信号的频偏压缩5倍,使中频信号的最大频偏为15kHz。于是中频信号的带宽为2×(15+15)=60kHz,满足了70kHz中频频率的要求。
(三)省去输入调谐回路
70kHz的中频频率使接收的信号频率与镜象干扰频率非常接近,只相差140kHz。这在调频广播频段(87MHz~108MHz),要利用天线输入调谐回路的选择性来抑制镜象干扰已不可能。因此,在TDA70××系列电路中干脆将输入调谐回路也省去了,采用输入端宽带输入的方式。这样一方面,使调频收音机在安装时不需要三点统调了,大大地简化了收音机的调试步骤。另一方面,也避免了收音机的灵敏度受调试优劣的影响。TDA70××系列电路的镜象干扰抑制是由集成电路内部的频率锁定环(FLL)和相关静噪电路的共同作用来实现的。
(四)相关静噪电路
大多数调频收音机的静噪电路都是根据天线输入端的信号场强的大小来控制的,当信号场强低到一定程度时,静噪开关便动作,音频输出端无信号输出。而在TDA70××系列电路中,静噪开关是根据经移相180°和末移相的两个中频信号的波形相关程度来抑制的。当调谐准确时,两个中频信号的波形相位差正好是180°,相关器输出高电平;当调谐偏调时,或者调谐在没有天线输入信号的位置时,两个中频信号的波形相位差会偏离180°。当偏离到一定程度时,相关器输出低电平,静噪开关动作,无音频信号输出。用这种相关静噪电路能有效地抑制鉴频器“S”曲线的两个边侧调谐点。
内部电路介绍
(一)TDA7000
TDA7000电路的外形与引脚排列见图1,它是18脚双列直插封装。内部电路及应用电路见图2。外围电容器C7、C8、C9、C10和C11与内部的运算放大器A1、A2及电阻器组成RC有源中频滤波器。电容器C15与运算放大器A8和电阻器组成RC有源全通移相网络,使70kHz的中频信号移相90°,调频鉴频器由该移相网络和相位比较器组成。电容器C16与运算放大器A9和电阻器组成相关器中的RC有源全通移相网络,同样C16的电容量也应保证70kHz的中频信号移相90°,相关器也由移相网络和相位比较器组成。电容器C1为相关器的输出端电容,电容量不易取得过小,以保证当镜象干扰出现时有足够的电位保持时间,使电路仍处于静噪状态。电容器C4用来滤除鉴频输出的中频频率及其高次谐波,同时也是频率锁定环的时间常数电容。电容器C5是电源退耦电容,安排印制板电路时,应尽最靠近集成电路的引脚。电容器C14是限幅放大器的反相输入端旁路电容,必须交流对地良好,不应有任何干扰信号从该脚窜入。电压控制振荡器、混频器、RC有源中频滤波器、限幅放大器A3、环路放大器A4、A5等组成频率锁定环(FLL)。电路内部的噪声源电路主要用来当收音机处于静噪状态时使收音机有轻微的噪声输出,以提醒收音机的电源仍“开”着。改变电容器C3的电容量可以改变噪声输出的大小。若不要噪声,可以省去C3,悬空第3脚。电容器C2和电阻器R1组成调频广播的去加重网络。

天线输入信号从第13脚输入,在混频器中与本振信号混频,差出中频信号经RC有源中频滤波器滤波后,送限幅放大器进行限幅放大。从限幅放大器出来的中频信号一路直接送鉴频器和相关器中的相位比较器,另一路经移相网络后分别送相位比较器。从鉴频器输出的音频信号经环路放大器A4放大后,一路送静噪开关经输出放大器A7从第2脚输出,另一路送环路放大器A5,由A5的输出音频信号对本振频率进行频率调制,构成频率锁定环路。静噪开关受相关器输出电平控制,相关器和静噪开关构成相关静噪电路。

TDA7000电路的中频信号的频偏是压缩过的,压缩系数=天线输入信号的频偏/中频信号的频偏。它除了与电路内部的参数有关外,还与本振调谐回路的外围电容量和电感量有关。因此,在电路设计时,必须合理选择本振调谐回路的电感量和电容量范围。为保证压缩系数在5左右,对于调频广播频段,本振调谐回路的电感线圈L1的电感量应取56nH。
(二)TDA7010T
TDA7010T是TDA7000电路采用扁平封装而制成的。因此,内部电路与TDA7000基本相同。它的外形与引脚排列见图3,内部电路及应用电路见图4。因为扁平封装没有18脚的,只有16脚,所以,必须在TDA7000电路上省去两个引脚。由图4可见,在TDA7010T电路中去掉了噪声源电路、省去了TDA7000电路中的第3脚,同时还将TDA7000电路中的二阶有源带通滤波器改成一阶高通有源滤波器,省去了TDA7000的外围电容器C9及TDA7000的第10脚。TDA7010T的电路原理和外围元件的作用与TDA7000完全相同,在此不再赘述。


(三)TDA7
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TDA7021T也是在TDA7000电路基础上,为接收调频立体声广播而开发的,当然也能用于单声道接收。由于立体声信号带宽比单声道的宽,所以,将中频频率提到76kHz。TDA7021T的外形和引脚见图5,内部电路及应用电路见图6。鉴频器和相关器的电路与TDA7000的完全相同,这里简略了。TDA7021T将TDA7000外围电容量为数百pF的电容器都做到集成电路内部,使外围电路更趋简单。TDA7021T增加了场强检测电路,用来控制立体声解码器。改变外围电阻器R1可以改变检测电路的输出电压的大小。在TDA7021T的输出端还增设了一级增益可调的音频放大器,当第16脚交流短路时,音频输出电压将增加6dB。调频去加重网络的时间常数由接在第15脚和第14脚的电容器C12确定。在TDA7021T中,噪声源电路也被省去了。TDA7021T的工作原理与TDA7000的也完全相同,在此不再赘述。(虞建达)

