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放大器負反饋降低增益,改善效果的原理
來源: 日期:2013-12-8 11:32:42 人氣:標簽:
加入負反饋電壓EN后,對放大單元并無直接影響,所謂降低增益之說只是習慣的說法。從電路原理而言,負反饋只是EN的抵消作用使Eio減小,導致輸出電壓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)。例如放大器開環增益為10倍,即Ei=5V,Eo=50V,設加入B=1/25的負反饋,則EN×Eo=2V,凈輸入信號Eio=Ei-EN=3V,負反饋后Eo降低為30V。此種輸出信號的降低假設為放大器增益降低所致(其實并非如此,而是EN對E的反相抵消導致Eio減少,Eo也隨之降低),在負反饋理論中則假設為增益降低所致,而且認為此降低增益的后果是負反饋存在的“等效衰減”所引起。正是此種“等效衰減”使負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,增益穩定性提高,噪聲、非線性失真隨“等效衰減”而降低。所以負反饋“等效增益衰減”是負反饋的核心,即所謂成也蕭何,敗也蕭何,事物利蔽總是并存的。
首先將穩定增益,擴寬頻響的概念作一分析。
所謂頻響的不平衡現象.實際是放大器增益隨信號頻率而變動的結果,實屬增益不穩定的范圍。當加入負反饋后在高音、低音領域增益下跌時,表現為Eo值的減小,結果導致EN值減小,使Eio增大,Eo隨之上升,抵消了Eo下降的趨勢。
也可以認為負反饋放大器中EN為控制Eo平衡的控制電壓,當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,達到穩定增益的效果。因此,擴寬頻響是穩定增益功能的特例。
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境中被引入的噪聲電壓越大.負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。
說到負反饋能減小非線性失真,有些初學者頗感神秘,所謂非線性失真純屬放大過程中元器件的非線性所導致的諧波成分(以占基波的百分比表示,寫成THD%),放大器加負反饋后產生等效衰減(諧波成分一般只10%為 大)。只要使負反饋等效衰減量(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,即使其開環失真為10%,減少到l/10也足以夠HI-FI水平的膽機了,而提高輸入信號在電路上也輕而易舉。由此可見,負反饋改善效果的功能只發生在負反饋放大器的輸入、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放大后形成含有諧波成份的失真波形。例如當輸入標準正弦波時,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失真波形,其特征是波形頂部變窄、變尖,兩側相對變得略顯豐滿。因而此波形在同一放大器中被合成,重新恢復了輸入正弦波的波形。早在上世紀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,相位難以達到理想控制而失敗。
負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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