CN1925316A - 电阻合成式双路取样环路负反馈方法及其放大器 - Google Patents

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Abstract

一种改进的电阻合成式双路取样环路负反馈方法，包括如下步骤：从放大器输出端通过低通滤波电路取得低频反馈信号；从放大器的高频低相移部分通过高于一阶的高通滤波电路中取得高频反馈信号；采用电阻式双路取样合成电路合成两路取样信号，形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该信号用于环路负反馈。本发明还公开了一种负反馈放大器，包括：电压放大电路，输出缓冲电路，高速缓冲电路，低通滤波电路，高于一阶的高通滤波电路，电阻式合成电路以及反馈网络。本发明所述的方法可以提高电阻合成式双路取样环路负反馈放大器的实际反馈深度，使放大器输出级只需较窄的带宽就可得到较的反馈深度，从而使深度环路负反馈的实现难度大为降低。

Description

电阻合成式双路取样环路负反馈方法及其放大器
技术领域
本发明涉及一种放大器，尤指一种改进的电阻合成式双路取样环路负反馈方法及其放大器。
背景技术
环路负反馈是提高线性放大器性能的重要方法。在负反馈放大器中，环路负反馈深度越大，放大器的失真越小。然而，提高反馈深度会受到放大器的稳定性的限制，即放大信号频率越高，可得到的环路负反馈深度越小，特别是在功率放大器中，由于必须使用频率特性差的大功率器件，为提供足够的增益而采用较多的缓冲放大级数以及为应付输出端负载的复杂变化。这样，频率较高的信号可得到的负反馈深度就更小，如音频功率放大器在20KHz时的反馈深度通常只有10倍(20db)，所以环路负反馈降低放大器失真的能力有限。
综上所述，为了提高功率放大器的反馈深度，必须解决在深度环路负反馈下放大器的稳定性问题。环路反馈不稳定的产生原因是：反馈环路在某一频率上的相移达到负180度而满足正反馈条件，同时该频率上的环路增益大于1，这样就会因为满足自激振荡的条件而产生振荡。
采用双路取样负反馈放大器可以改善环路负反馈放大器的稳定性，但双路取样负反馈会降低环路负反馈的反馈深度，影响了放大器性能的进一步提高。有鉴于此，提供一种改进的电阻合成式双路取样环路负反馈方法及双路取样负反馈放大器以克服现有技术的缺点十分必要。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种改进的电阻合成式双路取样环路负反馈方法，有助于提高反馈深度。
本发明的另一目的在于提供一种稳定性好、失真小的电阻合成式双路取样负反馈放大器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种改进的电阻合成式双路取样环路负反馈方法，包括如下步骤：从放大器输出端通过低通滤波电路取得低频反馈信号；从放大器的高频低相移部分通过高于一阶的高通滤波电路中取得高频反馈信号，所述两路取样信号的放大相位相同；采用电阻式双路取样合成电路合成两路取样信号，形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该信号用于环路负反馈。在本发明中，所述电阻合成电路可在高频取样电阻上并联高频补偿电容。
本发明为一种电阻合成式双路取样负反馈放大器，包括：电压放大电路，输出电压信号并送入高速缓冲和输出缓冲；输出缓冲电路，单位电压增益，提供放大输出和低频反馈取样的低通滤波电路输入信号；高速缓冲电路，单位电压增益，输出到高频反馈取样的高通滤波电路输入信号；低通滤波电路，输出到电阻式合成电路的低频取样输入端，用于滤除低频取样通道中的高频段信号；高于一阶的高通滤波电路，输出到电阻式合成电路的高频取样输入端，用于滤除高频取样通道中的放大信号频段的信号；电阻式合成电路，将高频、低频反馈取样输入信号合成为复合反馈信号；以及反馈网络，复合反馈信号通过反馈网络输入电压放大级的反相输入端。
本发明的电阻合成式双路取样负反馈放大器在高频取样通道上进一步加入了高通滤波电路，用于滤除高频取样通道中的放大信号频段的信号；低频取样采用低通滤波器用于滤除低频取样通道中的高频段信号是为了增加反馈电路的高频稳定性，该滤波器对反馈电路的瞬态性能有不好的影响，提高该滤波电路的转折频率可以改善这一性能，在保持***稳定的条件下可尽量提高其转折频率，当该滤波电路的转折频率无限高时，即相当于取消该低通滤波电路使输出取样为没有滤波的电路。
在本发明的一个实施例中，所述电阻合成式双路取样负反馈放大器输出缓冲电路和高通滤波电路共用一个高速缓冲电路；在本发明的另一个实施例中，高通滤波电路专用一个高速缓冲电路。
电阻合成式双路取样负反馈将输出缓冲及其后的极点排除在高频反馈环路之外，使对反馈深度影响较大的大功率输出缓冲级和多变的负载不影响高频稳定性，只影响低频稳定性，所以提高了反馈电路的稳定性，但由于反馈信号不是全部取自放大器输出端，此将减小实际的反馈深度。
另外，现有的电阻合成式双路负反馈放大电路中高频取样滤波多采用一阶高通滤波，而本发明中高频取样滤波采用高于一阶的高通滤波，所以高频取样中低频信号的衰减较快，合成反馈信号中的低频段信号也就主要由放大器输出端取样得到，所以采用本发明可以提高电阻合成式双路取样负反馈放大电路低频段的实际反馈深度。
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明电阻合成式双路取样环路负反馈方法及其放大器的具体实施例。
附图说明
图1为本发明电阻合成式双路取样负反馈放大器的电路第一实施例的原理框图；
图2为实施例一的一阶低通滤波电路；
图3为实施例一的三阶高通滤波电路；
图4为实施例一的四阶高通滤波电路；
图5为实施例一的电阻式合成网络；
图6为实施例一的合成与反馈网络；
图7为本发明电阻合成式双路取样负反馈放大器的电路实施例二的原理框图；
图8为本发明电阻合成式双路取样负反馈放大器的电路实施例三的原理框图。
具体实施方式
本发明为一种改进的电阻合成式双路取样环路负反馈方法，包括如下步骤：(1)从放大器输出端通过低通滤波电路取得低频反馈信号；(2)从放大器的高频低相移部分通过高于一阶的高通滤波电路中取得高频反馈信号，(3)采用电阻式双路取样合成电路合成两路取样信号，形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该信号用于环路负反馈。其中，所述两路取样信号放大相位相同。所述电阻式双路取样合成电路可在高频取样电阻上并联高频补偿电容，以增加高频稳定性。在本发明中，高频取样滤波器采用高于一阶的高通滤波电路，该方法使得在放大信号频段的低频段反馈信号中，合成反馈信号主要由输出端信号构成，因而有助于提高实际反馈深度。高通滤波器的阶数越高，实际反馈深度的提高越多，同时要求高速缓冲电路的输出驱动能力更强。
在双路取样环路负反馈电路中，由于反馈信号不是全部取自放大输出端，不能完全代表输出信号，所以反馈的实际效果要打折扣。因而这种电路的设计应使在放大信号频段合成反馈信号中取自放大输出端信号的比例高，以使得实际反馈信号尽量与输出信号相象，反馈深度越大，其比例应越高。为此，可以采用以下两种方法：
方法一，提高双路取样的分频频率，使放大输出端、即低频取样带宽加大，该方法增加了对输出级的带宽要求。
方法二，采用具有快速频率转换特性的双路取样合成方法，这种方法可以采用较低的分频点，对输出级的带宽要求低，稳定性好。
下面结合附图进一步阐述本发明的几个具体实施例。
                          实施例一
图1为本发明双路取样负反馈放大器的电路第一实施例的框图。其中各标号的含义及用途如下：
11：电压放大电路，输出电压信号并送入高速缓冲和输出缓冲；在一个实施例中，为差分输入电压放大级。
12：高速缓冲电路，单位电压增益，输出到双路取样合成高频反馈取样输入。
13：输出缓冲电路，单位电压增益，提供放大输出和双路取样合成的低频反馈取样信号。
14：低通滤波电路，滤除放大器输出端取样的高频成分。
15：高通滤波电路，滤除高速缓冲电路输出端取样的低频成分。
16：电阻式合成电路，将高频、低频反馈取样信号合成为一路复合反馈信号。
17：反馈网络，复合反馈信号通过反馈网络输入电压放大级的反相输入端。
首先，电压放大电路11的输出被送到高速缓冲电路12，高速缓冲电路12的输出再被送到输出缓冲电路13和高频反馈取样的高通滤波电路15。其中，输出缓冲电路13提供放大输出和低通滤波电路14的低频反馈取样信号，电阻式合成电路16将低通滤波电路14和高通滤波电路15的输出合成为一路信号，该信号由反馈网络17送入电压放大电路11的反相输入端而形成环路反馈。
在本发明中，高通滤波电路采用高于一阶滤波电路是对现有技术的改进之处。现有高通滤波电路多是采用一阶滤波电路，而本发明采用高阶滤波电路可以增加滤波电路的带外衰减速率，使输出到混合电路的低频段信号大量减少，由此改进双路负反馈电路的工作效能。
图2是本发明实施例一的一阶低通滤波电路，其中，B1是滤波信号输入端，B是滤波信号输出点端，G是放大器参考电位，C1是电容，实际电路中RL通常由电阻式合成电路的输入阻抗构成。RL与C1并联，并与R1串联。
图3是本发明实施例一的三阶高通滤波电路，其中，A1是滤波信号输入端，A是滤波信号输出点端，G是放大器参考电位，C1、C2及C3是电容，实际电路中RH通常由电阻式合成电路的输入阻抗构成。
图4是本发明实施例一的四阶高通滤波电路，该电路相对图4所示的三阶高通滤波电路增加了一组并联的电阻和电容。
图5是本发明实施例一的电阻式合成电路，其中，A是高频取样端，B是低频取样端，D是合成输出端，C1是高频反馈补偿电容，起稳定高频反馈的作用，根据电路的实际状况可以不选用该电容，电阻R1与R2用于调整高、低频取样的合成比例，R1与R2的最小取值可以为零，此时合成电路就是一个电路连接点。
图6是本发明实施例一的电阻式合成电路与反馈电路网络结合在一起的电路，该电路相对图5所示的电阻合成式合成电路增加了一个电阻R3，其中，A是高频合成取样端，B是低频合成取样端，D是反馈输出端，G是放大器参考电位，在放大信号频段，电阻R2与R3的比例决定了反馈电压取样比率。
高频取样的高通滤波器的阶数要根据设计需求决定，当其阶数达到一定时，继续增加阶数对提高实际反馈深度改进不多，却增加了高速缓冲电路的输出驱动能力的要求及电路的复杂性；低频取样采用低通滤波器用于滤除低频取样通道中的高频段信号是为了增加反馈电路的高频稳定性，该滤波器对反馈电路的瞬态性能有不好的影响，提高该滤波电路的转折频率可以改善这一性能，在保持***稳定的条件下可尽量提高其转折频率，当该滤波电路的转折频率无限高时，即相当于取消该低通滤波电路使输出取样为没有滤波的电路。
                          实施例二
图7为本发明的电阻合成式双路取样负反馈放大器的电路第二实施例的框图。在该实施例中，相对于实施例一，双路取样环路负反馈放大电路为高通滤波取样设置专用的高速缓冲电路12，电压放大电路11的输出被送到高速缓冲电路12和输出缓冲电路13，高速缓冲电路12的输出再被送到高频反馈取样的高通滤波电路15，其中，输出缓冲电路13提供放大输出和低通滤波电路14的低频反馈取样信号，电阻式合成电路16将低通滤波电路14和高通滤波电路15的输出合成为一路信号，该信号由反馈网络17送入电压放大电路11的反相输入端而形成环路反馈。
采用该电路可以减小输出缓冲电路13对高频反馈取样的影响，同时，反馈电路的稳定性不受影响。
                          实施例三
图8为本发明的电阻合成式双路取样负反馈放大器的电路第三实施例的框图，与实施例一、二不同的是，本实施例的放大器是一个反相放大器，所以在信号输入和反馈网络上与实施例一有所不同。在本实施例中，信号由反馈网络17输入，在反馈网络17中与反馈信号合成为一路信号后输出至电压放大电路11的反相输入端，电压放大电路11的输出被送到高速缓冲电路12，高速缓冲电路12的输出再被送到输出缓冲电路13和高频反馈取样的高通滤波电路15。其中，输出缓冲电路13提供放大输出和低通滤波电路14的低频反馈取样信号，电阻式合成电路16将低通滤波电路14和高通滤波电路15的输出合成为一路信号，该信号由反馈网络17与输入信号合成为一路信号送入电压放大电路11的反相输入端而形成环路负反馈放大。
采用该电路可以使电阻合成式双路取样环路负反馈放大器在放大信号频段的实际反馈深度得到较大的提高，或者说放大器输出缓冲级只需较窄的带宽就可得到较的反馈深度，深度环路负反馈的实现难度大为降低，使放大电路的性能得到提高。
以上所揭露的仅为本发明电阻合成式双路取样环路负反馈方法及双路取样负反馈放大器的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种电阻合成式双路取样环路负反馈方法，其特征在于包括如下步骤：
从放大器输出端通过低通滤波电路取得低频反馈信号；
从放大器的高频低相移部分通过高于一阶的高通滤波电路取得高频反馈信号，所述两路取样信号的放大相位相同；
采用电阻式双路取样合成电路合成两路取样信号，形成一个高、低频相移都较低的信号，并将该信号用于环路负反馈。
2.如权利要求1所述的电阻合成式双路取样环路负反馈方法，其特征在于：所述电阻合成电路可在高频取样电阻上并联高频补偿电容。
3.如权利要求1所述的电阻合成式双路取样环路负反馈方法，其特征在于：所述低通滤波电路的转折频率可以无限大。
4.一种电阻合成式双路取样负反馈放大器，其特征在于包括：
电压放大电路，输出电压信号并送入高速缓冲和输出缓冲；
输出缓冲电路，单位电压增益，提供放大输出和低频反馈取样的低通滤波电路输入信号；
高速缓冲电路，单位电压增益，输出到高频反馈取样的高通滤波电路输入信号；
低通滤波电路，输出到电阻式合成电路的低频取样输入端，用于滤除低频取样通道中的高频段信号；
高于一阶的高通滤波电路，输出到电阻式合成电路的高频取样输入端，用于滤除高频取样通道中的放大信号频段的信号；
电阻式合成电路，将高频、低频反馈取样输入信号合成为复合反馈信号；以及反馈网络，复合反馈信号通过反馈网络输入电压放大级的反相输入端。
5.如权利要求4所述的电阻合成式双路取样负反馈放大器，其特征在于：所述电阻合成电路可在高频取样电阻上并联高频补偿电容。
6.如权利要求4所述的电阻合成式双路取样负反馈放大器，其特征在于：所述低通滤波电路的转折频率可以无限大。
7.如权利要求4所述的电阻合成式双路取样负反馈放大器，其特征在于：所述放大器可为反相放大器。
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