淺談功放中的負反饋

嚴行全

摘要:本文從較適用的角度談了負反饋種類,對功放正反兩方面的影響和如何減少對負面的影響

關鍵詞:負反饋;功放電路;影響

在所有的功放中,無論是集成功放還是分離件功放,無論是晶體管功放還是電子管功放,都要用到負反饋電路。可以說,有了負反饋,才給功放音質帶來了革命性的影響。那什么是負反饋?它對放大電路有什么影響?針對這些問題,我淺談一點認識:

負反饋,就是把放大器的輸出信號取出一部分,通過一定方式回送到與輸出信號相反的輸入端去,與輸入端產生一個差值,削弱原輸入信號強度,使放大器增益減小,這種反饋,叫負反饋。在放大電路中,負反饋有四種類型:電壓并聯負反饋、電壓串聯負反饋、電流并聯負反饋、電流串聯負反饋,在放大電路中,使用哪些負反饋,要根據電路需要而定。

判斷是什么反饋電路,對初學者來說,是較難的事,但也有簡單的判斷方法:判斷是電壓反饋還是電流反饋,看輸出信號端,將負載短路,若對反饋無影響,則為電流反饋,否則為電壓反饋;是并聯反饋還是串聯反饋,就看輸入端上是否分了流,如果分了流,就為并聯反饋,否則,為串聯反饋。當然,還有其它判斷方法,這里不再述。

1 負反饋對放大器的影響有正反兩方面,先談談正面影響

1.1 能改變輸入阻抗或輸出阻抗

串聯負反饋,因在輸入信號端串入反饋支路,使輸入阻抗得以他提高,所以,串聯負反饋能提高輸入阻抗。并聯負反饋,因在輸入信號端并聯了反饋支路,使輸入阻抗降低,所以,并聯負反饋能降低輸入阻抗。電壓負反饋,因在信號輸出端并入了反饋支路,使輸出阻抗降低,從而提高了輸出電壓的穩定性。電流負反饋,因在信號輸出端串入了反饋支路,使輸出阻抗提高,從而提高了輸出電流的穩定性。從上面可知,要提高收入阻抗,就用串聯負反饋;要降低輸入阻抗,就用并聯負反饋;要提高輸出電壓的穩定性,就用電壓負反饋;要提高輸出電流的穩定性,就用電流負反饋。

1.2 能提高電路的穩定性

在基本放大器中(未加入負反饋支路時的放大器),由于受環境等因素影響,如溫度的升高或降低,都將會使放大器增益發生變化,使電路工作不穩定。加入負反饋支路后,其放大器的增益與基本放大器增益無關,而由反饋支路的反饋系數決定。顯然,在這種情況下,基本放大器增益的任何變化,不會影響負反饋放大器的增益,這樣,就提高了放大器的工作穩定性。

1.3 能擴展頻響

在不加負反饋時,如果頻率特性不均勻,頻率變化引起的增益也不穩定,在基本放大器中,頻率越高,其增益下降越多,當下降到一定程度時(民用電器有-3db或-6db),放大器放大后的信號因太弱無法滿足要求,使頻響變窄。加入負反饋后,就能使放大器在更寬的頻率范圍內使增益均勻不變。這是因為:當頻率升高時,輸出信號就將向減小方向變化,相應地負反饋信號也將成正比例地向減小方向變化,相當閉環增益增加。結果,使基本放大器凈輸入信號向增大方向變化,從而補償了原來隨頻率升高而下降的趨勢,阻止了輸出信號減小,擴展了頻響。

1.4 能改善非線性失真

假如輸入信號正負半周不均(若負半周大),通過基本放大器放大后的輸出信號正負半周會更加的不均(負半周會更大),產生更嚴重的失真,當引入負反饋后,由于輸入信號和負反饋信號相減,輸入信號越強,相減的信號也越多,這樣,負半周幅度變小,降低了輸入信號幅度,而正半周因幅度小而相減的信號很小,與負半周比較,相應正半周幅度變大,從而阻止了信號負半周幅度變大和正半周幅度變小的趨勢,其結果使波形接近于正弦波,因而,改善了非線性失真。

1.5 能改善飽和失真

如果加入的信號很強,由于基本放大器放大能力有限,經放大后的信號會產生削頂(飽和)失真,當引入負反饋后,降低了放大器的增益,由于輸入信號和負反饋信號相減,輸入信號越強,相減的信號也越多,降低了輸入信號幅度,使放大后的信號不會因過強而產生削頂(飽和)失真,使基本放大器不僅能不失真的放大小信號,也能不失真放大幅度較大的信號。

1.6 能改善諧波失真

由于放大器中存在非線性器件,信號通過這些非線性器件后會產生新的頻率分量(諧波),這些新的頻率分量對原信號形成干擾,使輸入信號波形與輸出信號波形形成不一致,當加入適量的負反饋后,就能抑制諧波的形成。

2 任何電路,都有其一些不足或局限,負反饋也是如此,盡管它有很多的優點,但也存在一些問題:

雖然負反饋能有效的降低失真,但又容易引起瞬態互調失真。原因是:晶體管功放中(電子管相對要好些),由于晶體管自身原因,易受溫度因素影響,會帶來工作特性不穩定,往往要采用深度負反饋來保證工作穩定性,但深度負反饋又易引起高頻寄生振蕩,于是,在晶體管b、e極之間加入小電容,使高頻寄生振蕩無法實現,但加入小電容后,會使高頻段相位稍滯后(因無論電容多小都需要時間充電),當信號為速度很高的瞬間脈沖時,小電容來不及充電時,輸入信號沒有和負反饋信號相減,放大器在這一瞬間處于開環狀態,使輸出瞬間過載而產生削波,這就是瞬態失真,而這種失真是晶體管功放造成“金屬聲”的原因。要減少這種失真,應選擇好的器件和調整晶體管的工作點(增大靜態電流);盡量提高放大器的開環增益和開環頻響;加強各放大器自身的負反饋,盡量不用大環路負反饋;控制負反饋深度。

負反饋能改善放大器的頻率特性,實際上,頻率的低頻區和高頻區在通過基本放大器時都存在附加相移,在引入負反饋時都把負反饋考慮得很理想,即負反饋能在瞬間將放大器的增益隨頻率升高而降低。實際上,放大器在這兩個區內的輸出信號和輸入信號相比都有一定的延遲,而引起相移。經過延遲的輸出信號被負反饋回路送回輸入端時,可能恰好和輸入信號同相,造成反饋放大器工作不穩定,使放大器產生自激。

由于有了延遲,負反饋回路還可能將不屬于失真部分的信號給加入到輸入端而引起瞬態響應失真。

要解決這些問題,我們還可以增加電阻、電容等無源器件進行相位補償,如在輸出的加一個RC串聯電路,或用密勒電容補償。

3 負反饋在功放中應用趨勢

在發燒界,為克服單一使用電流負反饋或電壓負反饋帶來的弊端,在功放末級,往往采用電流、電壓混合負反饋電路,這樣,即能提高輸出電流的穩定性,又能提高輸出電壓的穩定性,愛好者不妨一試。

參考文獻

[1]“電子線路中線性部分”