在很多关于放大器的讨论和商品宣传中都提到了负反馈这个名词,多数的评价都是负面的,说它是导致音质变差的元凶。那么什么是负反馈?负反馈电路是如何工作的?有那些类型的负反馈?负反馈如何会影响呢?这里用一些浅显的方法来说明这些问题,其中可能包含了我个人的一些误解或者不完善之处,欢迎指正和补充。
负反馈这个词起源并不来自与电子线路,而是来自于机械力学,常常用于振动系统中维持振幅稳定的那些措施。自从有了电子信号放大器,这个概念就被应用到电子线路上来了。起初的放大器电路并没有任何负反馈措施,后来在偶然的实验室实验中发现将放大器的输出信号反相后再送回到放大器的输入端会减小放大器的失真,并且放大器的频响也宽了,于是负反馈在放大器中的应用逐渐发展壮大,成为电子放大线路设计中运用最普遍的技术之一。
那么什么是负反馈呢?前面说过,负反馈就是把放大器的输出信号反过来,再送回到输入端去,负反馈的“负”就是把信号反过来的意思。把信号反过来,就是将输入和输出信号相减,得到的是2者之间的差别,再经过放大器的放大将这种差别送到输出端。因为是反相的信号,所以就会将输出端与输入端的差别抵消掉,也就是减少了放大器的失真。理论上电信号的传输速度非常快,因此这种抵消可以瞬间完成,难以觉察。这是负反馈可以减少失真的原理。
负反馈扩展频响是怎么回事呢?那么就要说说什么是频响了。频响的全称是频率响应,也就是说放大器对于不同频率信号的放大能力。我们知道,由于器件的限制,放大器不可能放大无限高频率的信号,一般随着频率的升高,放大器的放大倍数会逐渐下降,直到失去放大能力,当放大器对某一个频率的放大能力降低到1的时候,我们就称这个频率为这个放大器的截止频率。在实际应用中我们不会将放大器用到截止频率,因此采用另一个标准来衡量放大器的频响,即标称工作频率。这个指标是以放大器的放大能力下降到一定程度时作为放大器工作频率的极限,常见的民用电器有-3dB、-6dB等。负反馈不能改变放大器的截止频率,但是可以改变标称工作频率,也就是常说的频响。
负反馈是将输出信号反过来后送回放大器的输入端,适当调整负反馈的多少,不仅会抵消掉失真,还会抵消掉以部分输入信号,因此放大器的放大倍数就会下降了,由于这种放大倍数的下降是按照固定比例的,因此放大器在不同的频率下放大倍数的差别也会相应减小。也就是说,同原来不加负反馈的时候相比,放大器在加了负反馈后放大能力下降到规定的数值的频率要高了。负反馈的量越多,放大器的放大倍数越低,频响也就越宽。
以上就是负反馈降低放大器的失真和展宽频响的原理。
这里有一些名词需要解释一下:
增益:就是放大器的放大倍数
开环:放大器不施加负反馈
闭环:放大器施加了一定的负反馈
增益带宽积:指放大器在一定放大倍数下其频响与这个放大倍数的乘积
但是,负反馈原理仅仅是理论上的,是建立在器件的半理想化的基础上的,即只考虑了放大器增益会随频率升高而下降,没有考虑到放大器的输出信号和输入信号相比是有一定延迟的,即那个瞬间完成的抵消作用其实是不存在的。有关这个延迟的问题要讲的内容实在太多,以后有机会再讨论,这里只要知道这点就行了。
可以想象,当输入信号的频率高到一个值的时候,经过延迟的输出信号被“反过来”送回放大器的输入端,恰好和输入信号是同相的,也就是说放大器的延迟抵消了信号反相,使得负反馈变成了正反馈!那么正反馈会造成什么呢?当然是加强了输入信号,而且当放大器的放大倍数大于1的时候,这种增强会反复加强,直到达到放大器的输出极限,这就是所谓的“自激”现象,自激现象有时是灾难性的,不仅仅导致放大器不能正常工作,而且有可能导致放大器中器件的损坏或者后面负载的烧毁。因此在进行放大器的设计的时候,一定要根据放大器的工作性能来计算放大器的工作频率范围,通过各种措施来防止放大器发生自激现象。
负反馈这个词起源并不来自与电子线路,而是来自于机械力学,常常用于振动系统中维持振幅稳定的那些措施。自从有了电子信号放大器,这个概念就被应用到电子线路上来了。起初的放大器电路并没有任何负反馈措施,后来在偶然的实验室实验中发现将放大器的输出信号反相后再送回到放大器的输入端会减小放大器的失真,并且放大器的频响也宽了,于是负反馈在放大器中的应用逐渐发展壮大,成为电子放大线路设计中运用最普遍的技术之一。
那么什么是负反馈呢?前面说过,负反馈就是把放大器的输出信号反过来,再送回到输入端去,负反馈的“负”就是把信号反过来的意思。把信号反过来,就是将输入和输出信号相减,得到的是2者之间的差别,再经过放大器的放大将这种差别送到输出端。因为是反相的信号,所以就会将输出端与输入端的差别抵消掉,也就是减少了放大器的失真。理论上电信号的传输速度非常快,因此这种抵消可以瞬间完成,难以觉察。这是负反馈可以减少失真的原理。
负反馈扩展频响是怎么回事呢?那么就要说说什么是频响了。频响的全称是频率响应,也就是说放大器对于不同频率信号的放大能力。我们知道,由于器件的限制,放大器不可能放大无限高频率的信号,一般随着频率的升高,放大器的放大倍数会逐渐下降,直到失去放大能力,当放大器对某一个频率的放大能力降低到1的时候,我们就称这个频率为这个放大器的截止频率。在实际应用中我们不会将放大器用到截止频率,因此采用另一个标准来衡量放大器的频响,即标称工作频率。这个指标是以放大器的放大能力下降到一定程度时作为放大器工作频率的极限,常见的民用电器有-3dB、-6dB等。负反馈不能改变放大器的截止频率,但是可以改变标称工作频率,也就是常说的频响。
负反馈是将输出信号反过来后送回放大器的输入端,适当调整负反馈的多少,不仅会抵消掉失真,还会抵消掉以部分输入信号,因此放大器的放大倍数就会下降了,由于这种放大倍数的下降是按照固定比例的,因此放大器在不同的频率下放大倍数的差别也会相应减小。也就是说,同原来不加负反馈的时候相比,放大器在加了负反馈后放大能力下降到规定的数值的频率要高了。负反馈的量越多,放大器的放大倍数越低,频响也就越宽。
以上就是负反馈降低放大器的失真和展宽频响的原理。
这里有一些名词需要解释一下:
增益:就是放大器的放大倍数
开环:放大器不施加负反馈
闭环:放大器施加了一定的负反馈
增益带宽积:指放大器在一定放大倍数下其频响与这个放大倍数的乘积
但是,负反馈原理仅仅是理论上的,是建立在器件的半理想化的基础上的,即只考虑了放大器增益会随频率升高而下降,没有考虑到放大器的输出信号和输入信号相比是有一定延迟的,即那个瞬间完成的抵消作用其实是不存在的。有关这个延迟的问题要讲的内容实在太多,以后有机会再讨论,这里只要知道这点就行了。
可以想象,当输入信号的频率高到一个值的时候,经过延迟的输出信号被“反过来”送回放大器的输入端,恰好和输入信号是同相的,也就是说放大器的延迟抵消了信号反相,使得负反馈变成了正反馈!那么正反馈会造成什么呢?当然是加强了输入信号,而且当放大器的放大倍数大于1的时候,这种增强会反复加强,直到达到放大器的输出极限,这就是所谓的“自激”现象,自激现象有时是灾难性的,不仅仅导致放大器不能正常工作,而且有可能导致放大器中器件的损坏或者后面负载的烧毁。因此在进行放大器的设计的时候,一定要根据放大器的工作性能来计算放大器的工作频率范围,通过各种措施来防止放大器发生自激现象。