电流负反馈放大器的原理分析与CAA计算机辅助分析设计

电流负反馈放大器的原理分析与CAA计算机辅助分析设计

自从1970年Otala博士提出关于晶体管放大器瞬态互调（TIM）失真的理论，传统的电压负反馈技术在高保真音频放大器的设计中就陷入了一种矛盾。一方面，为了降低瞬态互调失真，设计师们减少了负反馈量，甚至采用无大环负反馈设计；另一方面，非线性失真却得不到有效的抑制。虽然采用优质元件和复杂的电路以提高放大器的开环特性，从而减小对负反馈的依赖，但代价也是不小的。近年来，一些音频设计师把目光投向了在视频运算放大器中得以广泛应用的电流负反馈技术，并在高保真音频放大器的设计中取得了成功。如今，像著名的金嗓子公司、马兰士公司、先锋公司、AKAI公司等都纷纷推出采用电流负反馈技术的放大器。国内也有个别厂家推出电流负反馈放大器，可惜仅局限于对国外某款名机的仿制。下面，笔者将对电流负反馈放大器的基本原理进行分析，并在此基础上，结合计算机辅助分析软件SPICE推出一款200W甲乙类电流负反馈放大器。

1 基本原理分析

1．1 电流负反馈放大器的开环特性
　　关于电流负反馈放大器的设想，早在30年代就有人提出，但进入实用和普及阶段则是80年代的事了。图1是电流负反馈放大器的基本结构。为了便于分析，忽略输入射极跟随器，并仿照差分输入电压负反馈放大器的“半电路分析”方法，以中心水平线为对称轴将电流负反馈放大器简化为如图2所示的分析用的电路，RF与RG组成反馈网络。可以说，这个普通而熟悉的电路就是现代电流负反馈放大器的雏形。为了讨论方便，进一步把图2简化成图3所示的电路，其中RE为RF与RG的并联值，RL为RF与RG的串联值。这样该电路的开环DC增益可以表达如下：

图1 电流负反馈放大器的基本结构

图2 电流负反馈放大器简化电路

图3 电流负反馈放大器简化电路

AVDC＝（R1／RE）×（R3／R2）×1　　（1）

　　显然，其开环增益和反馈网络有关，换句话说，开环增益是随闭环增益的变化而变化的。这是电流负反馈放大器一个最重要的基本特征。而在当时为了解决这个问题，工程师们加入一只缓冲用三极管BG4将输入级BG1和反馈网络RF，RG隔离，见图4。由三极管BG4的动态发射极电阻替代了图3中的RE，因此开环增益和反馈网络无关，开环增益不随闭环增益的变化而变化。这个电路就是差分输入电压负反馈放大器的标准模板。这里，还可以看到电流负反馈放大器和电压负反馈放大器的一些其他基本差别，如反馈网络都连到反相输入端，电流负反馈放大器是低阻抗端，而电压负反馈放大器则是高阻抗端；由于BG4的加入，差分输入电压负反馈放大器具有平衡的两个输入端，因而有低的失调电压和相等的输入偏置电流等。