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放大器負(fù)反饋降低增益,改善效果的原理
來源: 日期:2013-12-8 11:32:42 人氣:標(biāo)簽:
加入負(fù)反饋電壓EN后,對放大單元并無直接影響,所謂降低增益之說只是習(xí)慣的說法。從電路原理而言,負(fù)反饋只是EN的抵消作用使Eio減小,導(dǎo)致輸出電壓Eo下降,如欲使Eo不變,只要將輸入信號增大為Eio+|EN|即可(此處|EN|指絕對值)。例如放大器開環(huán)增益為10倍,即Ei=5V,Eo=50V,設(shè)加入B=1/25的負(fù)反饋,則EN×Eo=2V,凈輸入信號Eio=Ei-EN=3V,負(fù)反饋后Eo降低為30V。此種輸出信號的降低假設(shè)為放大器增益降低所致(其實(shí)并非如此,而是EN對E的反相抵消導(dǎo)致Eio減少,Eo也隨之降低),在負(fù)反饋理論中則假設(shè)為增益降低所致,而且認(rèn)為此降低增益的后果是負(fù)反饋存在的“等效衰減”所引起。正是此種“等效衰減”使負(fù)反饋具有多種效果改善功能,也正是等效衰減作用使放大器增益變動率減小,增益穩(wěn)定性提高,噪聲、非線性失真隨“等效衰減”而降低。所以負(fù)反饋“等效增益衰減”是負(fù)反饋的核心,即所謂成也蕭何,敗也蕭何,事物利蔽總是并存的。
首先將穩(wěn)定增益,擴(kuò)寬頻響的概念作一分析。
所謂頻響的不平衡現(xiàn)象.實(shí)際是放大器增益隨信號頻率而變動的結(jié)果,實(shí)屬增益不穩(wěn)定的范圍。當(dāng)加入負(fù)反饋后在高音、低音領(lǐng)域增益下跌時,表現(xiàn)為Eo值的減小,結(jié)果導(dǎo)致EN值減小,使Eio增大,Eo隨之上升,抵消了Eo下降的趨勢。
也可以認(rèn)為負(fù)反饋放大器中EN為控制Eo平衡的控制電壓,當(dāng)Eo增大時,EN增大,放大器等效增益衰減量也增大,迫使Eo下跌,而維持輸出電壓平衡,達(dá)到穩(wěn)定增益的效果。因此,擴(kuò)寬頻響是穩(wěn)定增益功能的特例。
其次是降低非線性失真和噪聲,同樣源自其“等效增益衰減”功能。加入負(fù)反饋使放大器輸出電壓降低,等效增益被衰減,或者可以說是放大器輸入靈敏度被降低了。靈敏度越高的放大器在一定的電磁噪聲環(huán)境中被引入的噪聲電壓越大.負(fù)反饋的等效衰減使信號和噪聲輸出信號電壓同比衰減,只要EN選取足夠比例的β,就可以使增益衰減到噪聲無輸出為止。當(dāng)然有用信號也同比衰減,為了增大信號輸出,只要提高有用信號輸入即可。噪聲電壓與信號之間并不成正比,只要增大信號輸入即可得到原定的Eo值.而噪聲卻被“等效衰減”,所以削弱了。
說到負(fù)反饋能減小非線性失真,有些初學(xué)者頗感神秘,所謂非線性失真純屬放大過程中元器件的非線性所導(dǎo)致的諧波成分(以占基波的百分比表示,寫成THD%),放大器加負(fù)反饋后產(chǎn)生等效衰減(諧波成分一般只10%為 大)。只要使負(fù)反饋等效衰減量(也即反饋量)為1/10,諧波成分輸出已接近消失了,加大E輸出的將是諧波含量極小的信號。
例如放大器采用20dB的負(fù)反饋,其增益被等效衰減為原值1/10,則諧波失真THD%、噪聲也同比衰減,即使其開環(huán)失真為10%,減少到l/10也足以夠HI-FI水平的膽機(jī)了,而提高輸入信號在電路上也輕而易舉。由此可見,負(fù)反饋改善效果的功能只發(fā)生在負(fù)反饋放大器的輸入、輸出電路,說穿了只是一種相加、相減的簡單過程。
負(fù)反饋的降低失真噪聲功能,用波形疊加原理也可得到直觀的解釋。純正的正弦波信號經(jīng)放大后形成含有諧波成份的失真波形。例如當(dāng)輸入標(biāo)準(zhǔn)正弦波時,放大器輸出的是含有高次諧波的失真的正弦波,其波形明顯 大幅度處變平坦,兩側(cè)則略顯瘦身。將輸出波形分壓后得到與此相同波形的EN,以相反相位在輸入端與輸入波形疊加,在放大器非線性作用下合成與其反相的預(yù)失真波形,其特征是波形頂部變窄、變尖,兩側(cè)相對變得略顯豐滿。因而此波形在同一放大器中被合成,重新恢復(fù)了輸入正弦波的波形。早在上世紀(jì)50年代初就有人提出以反相位抵消方式壓低膽功放的交流聲,即人為在變壓器輸入端輸入反相位紋波。以抵消交流聲輸出,但終因抵消信號波形,相位難以達(dá)到理想控制而失敗。
負(fù)反饋的反饋電壓源自輸出信號,只要保證其與輸入反相即可,其原理是相同的,所以 終的反相位抵消功能降低了波形畸變,使輸出波形與外輸入信號極為相似。
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