電流負反饋放大器的原理分析與CAA計算機輔助分析設計

電流負反饋放大器的原理分析與CAA計算機輔助分析設計

自從1970年Otala博士提出關(guān)于晶體管放大器瞬態(tài)互調（TIM）失真的理論，傳統的電壓負反饋技術(shù)在高保真音頻放大器的設計中就陷入了一種矛盾。一方面，為了降低瞬態(tài)互調失真，設計師們減少了負反饋量，甚至采用無(wú)大環(huán)負反饋設計；另一方面，非線(xiàn)性失真卻得不到有效的抑制。雖然采用優(yōu)質(zhì)元件和復雜的電路以提高放大器的開(kāi)環(huán)特性，從而減小對負反饋的依賴(lài)，但代價(jià)也是不小的。近年來(lái)，一些音頻設計師把目光投向了在視頻運算放大器中得以廣泛應用的電流負反饋技術(shù)，并在高保真音頻放大器的設計中取得了成功。如今，像著(zhù)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反饋技術(shù)的放大器。國內也有個(gè)別廠(chǎng)家推出電流負反饋放大器，可惜僅局限于對國外某款名機的仿制。下面，筆者將對電流負反饋放大器的基本原理進(jìn)行分析，并在此基礎上，結合計算機輔助分析軟件SPICE推出一款200W甲乙類(lèi)電流負反饋放大器。

1 基本原理分析

1．1 電流負反饋放大器的開(kāi)環(huán)特性
　　關(guān)于電流負反饋放大器的設想，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是電流負反饋放大器的基本結構。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反饋放大器的“半電路分析”方法，以中心水平線(xiàn)為對稱(chēng)軸將電流負反饋放大器簡(jiǎn)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(shuō)，這個(gè)普通而熟悉的電路就是現代電流負反饋放大器的雛形。為了討論方便，進(jìn)一步把圖2簡(jiǎn)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(kāi)環(huán)DC增益可以表達如下：

圖1 電流負反饋放大器的基本結構

圖2 電流負反饋放大器簡(jiǎn)化電路

圖3 電流負反饋放大器簡(jiǎn)化電路

AVDC＝（R1／RE）×（R3／R2）×1　?。?）

　　顯然，其開(kāi)環(huán)增益和反饋網(wǎng)絡(luò )有關(guān)，換句話(huà)說(shuō)，開(kāi)環(huán)增益是隨閉環(huán)增益的變化而變化的。這是電流負反饋放大器一個(gè)最重要的基本特征。而在當時(shí)為了解決這個(gè)問(wèn)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(jiàn)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(kāi)環(huán)增益和反饋網(wǎng)絡(luò )無(wú)關(guān)，開(kāi)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反饋放大器的標準模板。這里，還可以看到電流負反饋放大器和電壓負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，電流負反饋放大器是低阻抗端，而電壓負反饋放大器則是高阻抗端；由于BG4的加入，差分輸入電壓負反饋放大器具有平衡的兩個(gè)輸入端，因而有低的失調電壓和相等的輸入偏置電流等。