无负反馈、浅大环负反馈、深度大环负反馈研究（多图）

kknd

最近研究放大器，顺便做了个无负反馈、浅大环负反馈、深度大环负反馈对比测试，测试的电路是两级渥尔曼差分，参考电路图如下：





首先将电路取消大环负反馈，使用各级电流负反馈来控制增益。

10K正弦波，上面是输入波形，下面是输出波形：







100K正弦：



1K方波：


100K方波：




100K方波对比，使用Y轴位移功能将输出波形叠加到输入，观察两者相似性。



可以看到，输入与输出相差较大，且有较大时延。

接下来是浅大环负反馈，保留第一级、第三级的电流负反馈，取消第二级的反馈，然后接上大环负反馈，这样由于开环增益不大，所以系统工作在浅大环负反馈下。由于无负反馈时正弦波已经很好了，所以之后就不再上正弦的图了，改为方波。

1K方波





图上输出波形可见似乎低频响应不好，这是由于反馈回路中为控制中点，接有10UF的直流反馈电容，10UF容量太小，导致低频响应不好，换个大电容就不存在问题了。

10K方波



100K方波：





100K方波对比：






与无负反馈时对比可见，波形有了很大改善，但肉眼还是可以看出存在差异。

最后是深度大环负反馈，取消各级的本级反馈，使用大环负反馈。

1K方波：



同样方波显示低频响应不好，不过比浅大环时好一点。

10K方波：





1K和10K方波略有过冲，不过很小，不注意难以发现。

100K方波：




100K方波对比：




输出与输入波形几乎完全重叠，肉眼无法分辨差异！

既然有过冲，那就专门来研究这个问题：




10K方波，可见对于35VPP的输出电压，过冲分量不过区区1V而已，我想这个程度应该是完全可以接受的吧？

最后是深度大环负反馈下的中点电压控制问题。电路中所有的晶体管都未经严格配对，只用数字表配了HFE（误差约20%），以及VBE（误差约1%）。

首先是刚通电时的中点：



通电1分钟后：



通电30分钟后：



这个电路可以输出35VPP的电压，使用时千万要小心，这是一只200欧，1/4的电阻，用来做负载，结果不小心输入信号过大，就成了这样：

AD827AQ

不错，如有理论分析则更佳。

Timme

用纯电阻做负载毫无意义

科罗娜

静态信号说明不了什么问题。
加入深度大环负反馈对THD+N失真，频带，s/n等常规静态指标都有好出是早有定论的。
但是对于音乐这个动态信号，音箱这个动态负载来说。这些指标都很苍白。
深度大环负反馈会加大瞬态互调失真，群时延特性也会变坏，等等。。。。。。

Timme

下面是引用科罗娜于2005-07-03 17:32发表的:
静态信号说明不了什么问题。
加入深度大环负反馈对THD+N失真，频带，s/n等常规静态指标都有好出是早有定论的。
但是对于音乐这个动态信号，音箱这个动态负载来说。这些指标都很苍白。
深度大环负反馈会加大瞬态互调失真，群时延特性也会变坏，等等。。。。。。

恩

而且用示波器测远不如输入声卡用rmaa测准确，THD，互调都能测出来

ghifi37

很好，不过希望楼主继续研究下去，最好负载和实际使用类似！

现在这方面的理论太少！

hotpoint

下面是引用Timme于2005-07-03 17:35发表的:


恩

而且用示波器测远不如输入声卡用rmaa测准确，THD，互调都能测出来

RMAA那种软件只是给没有示波器，失真仪的人杂耍用的，其测试结果对于只能做定性分析的参考，更不要说定量分析。


指出楼主原创，不过缺乏理论论证，等我考完补充一下～

hotpoint

下面是引用Timme于2005-07-03 17:35发表的:


恩

而且用示波器测远不如输入声卡用rmaa测准确，THD，互调都能测出来

RMAA那种软件只是给没有示波器，失真仪的人杂耍用的，其测试结果对于只能做定性分析的参考，更不要说定量分析。


指出楼主原创，不过缺乏理论论证，等我考完补充一下～

Timme

下面是引用hotpoint于2005-07-03 17:47发表的:


RMAA那种软件只是给没有示波器，失真仪的人杂耍用的，其测试结果对于只能做定性分析的参考，更不要说定量分析。


.......

你用过rmaa没有，人家各指标能测到32bit，我学校实验室的失真仪输出接输入就已经百分之零点几，更别谈用模拟示波器目测了，那可真是耍杂

nastazi0

哈哈哈，，，hotpoint DX也来了，

RMAA在某些方面的确是很方便，，但是可惜的是，，事实正如hotpoint 说的那样：）

kknd

下面是引用hotpoint于2005-07-03 17:49发表的:


RMAA那种软件只是给没有示波器，失真仪的人杂耍用的，其测试结果对于只能做定性分析的参考，更不要说定量分析。


.......

热烈欢迎，对于大环负反馈系统时延居然小于无反馈系统，真是怪事，我无法解释这个现象，请高手出招，呵呵． [s:2]

kknd

下面是引用科罗娜于2005-07-03 17:32发表的:
静态信号说明不了什么问题。
加入深度大环负反馈对THD+N失真，频带，s/n等常规静态指标都有好出是早有定论的。
但是对于音乐这个动态信号，音箱这个动态负载来说。这些指标都很苍白。
深度大环负反馈会加大瞬态互调失真，群时延特性也会变坏，等等。。。。。。

要是能够直接测量动态特性就好多了，我也很关心这个，但是我不知道该如何测量．对于瞬态互调失真，通常认为是由于系统时延导致负反馈不能及时导致系统在瞬间工作于无反馈状态，这样由于系统开环放大量很大出现过载所致，但是从这里１００Ｋ方波测试却显示深度反馈的时延居然比无反馈还小，这真是让人费解． [s:8]

fsb

RMAA这种软件的测试指标只能做一些参考和对比试验，硬件本身就不是测试级别的，那用它所测的数据就不能用来做定量分析。

自由的风

下面是引用kknd于2005-07-03 18:11发表的:

热烈欢迎，对于大环负反馈系统时延居然小于无反馈系统，真是怪事，我无法解释这个现象，请高手出招，呵呵． [s:2]

这是由于楼主所选用的电路的原因。这个电路的局部负反馈采用的较少，导致开环特性较差。
如果换一个基于无反馈设计的电路，那就会是另外一种结果了。

天很热，做研究辛苦，pf一下～。

自由的风

谁加的精华？ [s:17]

ats909

下面是引用Timme于2005-07-03 17:53发表的:


你用过rmaa没有，人家各指标能测到32bit，我学校实验室的失真仪输出接输入就已经百分之零点几，更别谈用模拟示波器目测了，那可真是耍杂

分辨率和精度完全是两个不同概念。

精度如果不能保证，不要说32BIT，320BIT都没用

——如果运气好没起反作用的话。

hotpoint

下面是引用kknd于2005-07-03 18:11发表的:

热烈欢迎，对于大环负反馈系统时延居然小于无反馈系统，真是怪事，我无法解释这个现象，请高手出招，呵呵． [s:2]

大环反馈高频相移小于无大环这个问题影响因素比较多，但是我假设你的大环系统-3DB截频点是要高于无大环系统，这样实际上在带内某点仅仅以正弦观察相位失真确实会得到你这样的结果。

大环路瞬态互调失真导致各级输入瞬间过载，过载瞬间相当于系统开环，失真度和通频带都相当于开环。这也就是为什么大家都拼命调整自己放大器的开环特性，如果你的开环可以做到50KHZ，那么对于加上大环输入级过载的最坏情况，你的通频带仍然可以达到50KHZ。

对于深度大环路负反馈，反馈深度越深，输入级过载情况越严重。

hotpoint

如果将放大器看作一个低通滤波器来分析上限截至频率，对于一阶低通滤波器，衰减斜率-20DB/10倍频，20DB点相移90度，那么在这种情况下，假设你测量20KHZ的相移，一个截频为1MHZ和一个200KHZ的放大器，两者在20KHZ产生的相移是不同的，1MHZ的肯定要小。

不过事实上，因为实际放大器的复杂性，完全没有一阶低通滤波器那么简单，这和放大器的级数，类型，以及反馈网络，补偿都有关系，不过道理是一样的，造成放大器高频衰减的本质就是低通效应

AD827AQ

下面是引用Timme于2005-07-03 17:53发表的:


你用过rmaa没有，人家各指标能测到32bit，我学校实验室的失真仪输出接输入就已经百分之零点几，更别谈用模拟示波器目测了，那可真是耍杂

莫开这种玩笑。

AD827AQ

下面是引用自由的风于2005-07-03 18:26发表的:
谁加的精华？ [s:17]

俺。