集成运算放大器的特性及其在音频放大器中的应用_四_AD的AD797.pdf

实用影音技术 一 OPA604的特点 图1是TI公司OPA604产品说明出中有关OPA604性能 的部分内容 OPA604运算放大器是TI公司针对音频应用 从设计研发阶段开始就特意注意音质的产品 噪声特性 THD特性和增益带宽积等音频应用主要的几项参数都还不 错 具体的参数如下 THD N 0 003 换算到输入端的噪声 10nV Hz姨 增益带宽积 20MHz 转换速率 25V s 电源电压 4 5 24V 负载阻抗 600 二 OPA604的电压技术 图2是OPA604的简化等效电路 由FETJ1和J2组成的 差动放大电路构成运算放大器的输入电路 第二级放大电 路同样是由FETJ3和J4组成差动放大电路 与输出级连接 的J5同样是使用FET 所以对于OPA604来说 信号放大部 分全部都由FET组成 电流密勒电路和偏压电路除外 所以该运算放大器的特点是与信号放大有关的器件全部 都采用FET 这一点如后述的那样对音质有很大的影响 第 二 级 差 动 放 大 电 路 借 助 于DistortionRejection Circuitry 失真抑制电路 使工作点和反馈系统实现最佳 化 并插入了失真 THD 去除电路实现了低失真的特 性 OPA604的另一个特点是开环增益较小 在说明书中 规定OPA604的开环增益标准值为100dB 最小值为80dB 与其他的普通运算放大器相比 开环增益的数值要小很 多 开环增益小意味着在组成闭环放大电路时需引入的 负反馈量少 就这一点而言 OPA604不宜在要求增益高 的放大器中应用 负反馈量小意味着负反馈对THD N特 性的影响程度小 三 OPA604的音质与电路的关 系 图3示出了FET和双极型晶体三极管 在传递特性上的不同点 FET的这种传 递特性决定了OPA604的音质倾向 如图 3所示的那样 双极性晶体三极管的传递 特性的非线性对信号会产生了二次 三 次 四次 数量很多的奇次和偶次 的谐波 THD 成分 而FET的传递特 性的非线性只会在信号中产生二次 四 次等偶次谐波成分 没有奇次谐波成分 这一点与用真空管作放大器件放大信号 时的特性类似 所以这种传递特性决定 OPA604的音质与真空管的音质类似都带 集成运算放大器的特性 及其在音频放大器中的应用 四 AD的AD797 张达 图1OPA604说明书的部分内容 80 2011年第2期 有暖色 四 大振幅信号的特性 在产品说明书中规定 在负载 为600 的条件下 电源电压为 15V 时OPA604的输出电压最小为 11V 标准输出电压为 12V 所以OPA604 的最大输出信号振幅电平V0和电源 电压Vs间有下面的关系 V0 Vs 3 V 标准值 V0 Vs 4 V 最小值 由于OPA604的电源电压最大可 以用到 24V 按照上面V0与Vs间的 关系 在电源电压为 24V时输出信 号的最大振幅为 V0 24 3 21 V 标准值 V0 24 4 20 V 最小值 所以该运算放大器最大可以处 理 20 V 即40 Vp p 的信号 图4 a 是OPA604的输出电压 与频率之间的关系曲线 该特性曲 线是在通常的条件下 电源电压为 15的条件下得到的 由图中的曲线 可以看出 当被放大的信号频率在 400kHz以下时 OPA604的输出电压 均为24Vp p 这一点与产品说明书 中给出的低频特性 输出电压为 12V 是一致的 由图4 a 的振幅 频率特性可知 OPA604在400kHz以 下的频率范围内振幅频率特性是平 坦 的 放 大 信 号 的 最高 频 率 可 达 400kHz 但是 在该曲线中厂家没 有给出增益和THD等相关的条件 所 以有必要与其他特性合在一起进行 考察 另外 作为动态响应特性的参 数除了转换速率 OPA604的转换速 率最小15V s 标准20V s 之外 还同时给出了建立时间 建立时间 是衡量放大器阶跃响应好坏的重要 参数 图4 b 是OPA604的建立时 间特性 对于10V的阶跃信号来说 图2OPA604的简化等效电路 图3FET和双极型晶体三极管的传递特性 技术纵横 81 实用影音技术 其建立时间规定为0 01 15 s 0 1 1 s 该特性与增益 有依存性 在低增益时可以获得优异的响应 五 OPA604的应用电路之一 OPA604的特点之一是能驱动600 的负载 输出大振 幅的信号 可以用来作为真空管功率放大器的输入缓冲 驱动器 也可以用作线路电平信号的信号滤波电路 图5 是OPA604在单端差动变化驱动电路中的应用例 该电路 用两块OPA604组成单端输入的差动放大器 用上面的 OPA604组成增益为 2的同相放大器 用下面的OPA604组 成增益为 2的反相放大器 为了驱动特性阻抗为600 的 平衡电缆 针对该电缆存在有分布电容 特意在电路中增 加了容性负载校正电路 22 和0 22 F的串联电路 即 使容性负载最大达到5000pF也能正常地工作 OPA604的 电源电压选用 18V 可以处理振幅电平为 12Vp p的信 号 24Vp p的大振幅信号输出时器频率特性的平坦区域 可达100kHz以上 由于说明书中规定失调电压标准值为 1mV 最大值为 5mV 所以在该电路中失调电压对电路 的正常工作几乎没有什么影响 THD N特性在说明书中是按照频率 增益 输出电 压为参变量给出了多条标准特性曲线 由这些曲线得知 该电路适合G 1 2的条件 在信号频率为1kHz 输出电平 为20Vp p时 可 以 得 知 THD N为0 001 标 准 在说明书中规定噪 声特性的标准值为11nV Hz 没有规定最大值 当把该标准值在20kHz带 宽和100kH带宽换算成 输 入 噪 声 的 有 效 值Vn 时 Vn 20kHz带宽 1 56 Vrms Vn 100kHz带 宽 3 48 Vrms 同相输出的噪声增 益为2 反相输出的噪声 增益为3 当按100kHz带 图4信号电平的频率特性 图5OPA604应用电路举例之一 82 2011年第2期 宽计算输出噪声Eno 时 Eno 同相端 3 48 V 2 6 96 V Eno 反相端 3 48 V 3 10 44 V 则总的差动噪声Ens E2no 同相端 E2no 反相 端 72 102 12 2 Vrms 20Vp p信号 有效值约为7 1Vrms 的信噪比SNR 20lg7 1 V 12 2 V 115 3 dB 作为差动驱动输出的放大电路具有这样的信噪比 应该说是其性能非常不错 六 OPA604应用电路例之二 图6是利用OPA604具有的大振幅驱动的特性 用 OPA604构成一个同相放大器 作为真空管功率放大器的 电压放大级 用OPA604输出的大振幅信号直接驱动末级 的真空三极管2A3 在这个例子中 是用OPA604构成的同 相放大器替代2A3单端功率放大器原来真空管输入放大 级 OPA604的电源电压取为 22V 输出信号的最大振幅 可 以 达 到 18V 36Vp p 电 路 的 增 益 最 大 为10倍 20dB 对于常见的2Vrms 5 66Vp p 的线路输出电压 来说 该放大器可以向输出级提供振幅足够大的信号 充 分激励末级不存在任何问题 在电路的输入端采用交流耦 合 用10k 的电位器进行音量调节 为了满足能驱动容 性负载的需要 在OPA604的负反馈环路中用27 电阻和 27pF的电容器进行了相位补偿 电路的噪声特性与前面的应用例一样 如果放大器 的 噪 声 增 益 为11倍 折 算 到 输 入 端 的 噪 声 电 平 为 1 56 Vrms 20kHz带宽 的话 运算放大器输出端的噪 声电压Eo 为 E0 11 1 56 V 17 2 Vrms 运算放大器输出信号的最大振幅