電流負(fù)反饋放大器的原理分析與CAA計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)
電流負(fù)反饋放大器的原理分析與CAA計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)
自從1970年Otala博士提出關(guān)于晶體管放大器瞬態(tài)互調(diào)(TIM)失真的理論,傳統(tǒng)的電壓負(fù)反饋技術(shù)在高保真音頻放大器的設(shè)計(jì)中就陷入了一種矛盾。一方面,為了降低瞬態(tài)互調(diào)失真,設(shè)計(jì)師們減少了負(fù)反饋量,甚至采用無大環(huán)負(fù)反饋設(shè)計(jì);另一方面,非線性失真卻得不到有效的抑制。雖然采用優(yōu)質(zhì)元件和復(fù)雜的電路以提高放大器的開環(huán)特性,從而減小對負(fù)反饋的依賴,但代價(jià)也是不小的。近年來,一些音頻設(shè)計(jì)師把目光投向了在視頻運(yùn)算放大器中得以廣泛應(yīng)用的電流負(fù)反饋技術(shù),并在高保真音頻放大器的設(shè)計(jì)中取得了成功。如今,像著名的金嗓子公司、馬蘭士公司、先鋒公司、AKAI公司等都紛紛推出采用電流負(fù)反饋技術(shù)的放大器。國內(nèi)也有個(gè)別廠家推出電流負(fù)反饋放大器,可惜僅局限于對國外某款名機(jī)的仿制。下面,筆者將對電流負(fù)反饋放大器的基本原理進(jìn)行分析,并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助分析軟件SPICE推出一款200W甲乙類電流負(fù)反饋放大器。
1 基本原理分析
1.1 電流負(fù)反饋放大器的開環(huán)特性
關(guān)于電流負(fù)反饋放大器的設(shè)想,早在30年代就有人提出,但進(jìn)入實(shí)用和普及階段則是80年代的事了。圖1是電流負(fù)反饋放大器的基本結(jié)構(gòu)。為了便于分析,忽略輸入射極跟隨器,并仿照差分輸入電壓負(fù)反饋放大器的“半電路分析”方法,以中心水平線為對稱軸將電流負(fù)反饋放大器簡化為如圖2所示的分析用的電路,RF與RG組成反饋網(wǎng)絡(luò)??梢哉f,這個(gè)普通而熟悉的電路就是現(xiàn)代電流負(fù)反饋放大器的雛形。為了討論方便,進(jìn)一步把圖2簡化成圖3所示的電路,其中RE為RF與RG的并聯(lián)值,RL為RF與RG的串聯(lián)值。這樣該電路的開環(huán)DC增益可以表達(dá)如下:
圖1 電流負(fù)反饋放大器的基本結(jié)構(gòu)
圖2 電流負(fù)反饋放大器簡化電路
圖3 電流負(fù)反饋放大器簡化電路
AVDC=(R1/RE)×(R3/R2)×1 ?。?)
顯然,其開環(huán)增益和反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān),換句話說,開環(huán)增益是隨閉環(huán)增益的變化而變化的。這是電流負(fù)反饋放大器一個(gè)最重要的基本特征。而在當(dāng)時(shí)為了解決這個(gè)問題,工程師們加入一只緩沖用三極管BG4將輸入級BG1和反饋網(wǎng)絡(luò)RF,RG隔離,見圖4。由三極管BG4的動(dòng)態(tài)發(fā)射極電阻替代了圖3中的RE,因此開環(huán)增益和反饋網(wǎng)絡(luò)無關(guān),開環(huán)增益不隨閉環(huán)增益的變化而變化。這個(gè)電路就是差分輸入電壓負(fù)反饋放大器的標(biāo)準(zhǔn)模板。這里,還可以看到電流負(fù)反饋放大器和電壓負(fù)反饋放大器的一些其他基本差別,如反饋網(wǎng)絡(luò)都連到反相輸入端,電流負(fù)反饋放大器是低阻抗端,而電壓負(fù)反饋放大器則是高阻抗端;由于BG4的加入,差分輸入電壓負(fù)反饋放大器具有平衡的兩個(gè)輸入端,因而有低的失調(diào)電壓和相等的輸入偏置電流等。
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