将高速负反馈发挥到极致：超级负反馈结构

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超级负反馈技术是对放大器反馈结构的一次重大改进，从电路的形式上看这种改变很简单，但是放大器的设计思路却有较大的改变，放大电路的整体性能也有了质的提升。

      这是一种可以提供更接近理想放大器的结构方案，该结构的优点用反馈放大器的原理完全可以证明。样机实际测试在100Ohm的负载上输出10V电压，频率高达200Khz时还能得到0.002%的极低失真指标，大部分高级运放在其最好的测试条件下也很难达到这个指标，所用的测试系统为专业级别的音频测试系统，美国的第一系统。

      支持国产音响的发烧友们应该有理由相信国人的放大器可以达到、超过老外的水平，因为我们有了更好的基础结构，热切希望得到大家的支持！
      感谢耳机爱好者论坛提供了与大家交流的空间！
      感谢各位板主！

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技术背景
      理想的电压放大器是不存在的，但是理论上存在一个具有指导意义的实现理想放大器的方法，这个方法就是一个大环路负反馈的放大器，其反馈速度无限大，同时反馈深度也无限大。现在的高级运放的设计反映了这一思路，而高级音响功放在不能同时达到以上条件的情况下，采用了保证反馈速度，降低反馈深度，提高开环性能的设计思路，因为保证反馈速度是更为关键的事情。
      从环路负反馈的工作原理我们知道提高环路负反馈放大器的反馈响应速度和反馈深度可以提高其性能，但是使用现在的反馈结构，很多情况下其反馈性能不高，存在的主要问题是受到反馈系统的稳定性条件限制，其反馈响应速度和反馈深度都较低，这种情况在线性功率放大器及当放大器驱动较大的容性负载时反应较为突出，晶体管高保真功率放大器就是典型的这种情况。
      在高保真晶体管功率放大器中，输出级的功率器件和负载会在较高的频率上产生较大的相移，这是影响晶体管功率放大器反馈环路稳定性的很大一部分因素，所以在传统的反馈结构下要得到较大的反馈深度时，需要电压放大级具有适当的响应速度，即使采用了高速电压放大级，也会由于反馈环路稳定性的要求而用频率补偿的方法适当降低其响应速度，这就是我们现在使用的高保真功率放大器的电压放大级大部分使用低速放大电路的原因，这对提高放大器的性能当然有影响。
      电流负反馈是一种常用的高速负反馈放大结构，电流负反馈放大器主要的改进在输入电压放大级，其主要优点是电压放大级的输出可以提供较大的电流摆幅，有利于提高电压转换率，但是该技术并没有解决放大器输出级的功率器件和负载对反馈环路稳定性的影响，所以提高反馈响应速度还是受到限制。电流负反馈放大器还存在的一个重要缺点就是其直流工作点电流很难稳定，开环增益越高直流工作点电流越难稳定，这一点在集成电路中比较容易解决，所以有很多的小信号的电流负反馈运放集成电路商品提供；在采用分立元件时解决工作点电流的稳定问题就有很大的难度，一般采用降低开环增益来增加电流工作点稳定性，由于以上因素电流负反馈技术当前在高保真功率放大器中的应用并不理想。
      为了在音频功率放大器上得到更好的环路负反馈性能，设计了超级负反馈结构。超级负反馈结构解决了放大器输出级的功率器件和负载对反馈环路稳定性的影响，可以尽量采用高速、高增益的电压放大级，以得到更接近理想的环路负反馈效果，使得放大器的性能得到很大的提高；该反馈结构可使高保真功率放大器比以往方式得到更高的反馈响应速度和反馈深度，所以放大器输出可以低失真的跟踪输入信号，这种可完好的放大输入信号波形的放大器就是宽带低失真的放大器，并且在整个频段上都保持极低的相位失真，这一点对重放立体声十分重要，新型的高音质宽带音源SACD正需要这样的放大器与其匹配。TIM失真是反馈放大器特有的失真，对高保真放大器性能影响很大，超级负反馈结构使产生TIM失真的可能性降到极低。

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超级环路负反馈结构

      超级环路负反馈由双路取得负反馈信号，该方法使输出级及负载只影响负反馈环路的低频稳定性，而对高频稳定性没有影响，有助于提高反馈深度。具体方法是从放大器输出取得低频反馈信号，放大信号频段在低频反馈信号频段中，另外取得高频相移较低的信号作为高频部分的反馈信号，两路取样放大相位相同，它们被电感电容串联式双路取样合成电路合成为一个高、低频相移都较低的信号，该信号用于环路负反馈。
     环路负反馈是通过反馈信号跟踪输入信号来工作的，而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，因此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要高，以使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，这种方法会增加对输出级的带宽要求，难度较大。
      方法二，采用具有快速频率转换特性的双路取样方法，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，这里就是属于这种方法。
      图１是电感电容串联式双路取样合成的基本电路，是本发明方案的关键，由电容C1和电感L1串联而成，电容的一端A点是高频取样输入点，电感的一端B点是低频取样输入点，电容、电感的相连处D点是合成信号输出点，D点合成信号中来自A点与来自B点信号的比例与信号频率的平方成正比，如果以频率F1取样比例为基准，频率为10倍F1时高频取样比例比基准的增加100倍，即具有快速的频率变化特性，这个重要的特性使我们可以用较低的分频点频率得到较大的放大信号取样比率。如果设计要求在最高信号频率处反馈信号从输出端的取样率大于99%，采用本设计方案放大器输出级的频响带宽达10倍的最高信号频率即可，而采用取样比例与频率成正比的方法时，输出级的频响带宽达100倍的最高信号频率才行，对输出级频率响应的要求相差达一个数量级，当要求采样率更高时差别就更大。以往的双路负反馈方法就是取样比例与频率成正比的方法，所以实际应用效果不明显。
      图２为一个双路取样环路负反馈放大电路框图
      A1：宽带、高增益、高转换速率差分输入电压放大级，输出电压信号送入高速缓冲和输出缓冲，提供全部电压增益
      A2：输出缓冲，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
      A3：高速缓冲，单位电压增益，输出到双路取样合成高频反馈取样输入
      A4：电感电容串联式双路双路取样合成，将高频、低频反馈取样信号合成为一路复合反馈信号
      A5：反馈网络，复合反馈信号通过反馈网络输入电压放大级反相输入端
      差分输入电压放大的输出被送到高速和输出二路缓冲电路输入，输出缓冲提供放大输出和双路取样合成的低频反馈取样信号，高速缓冲提供双路取样合成的高频反馈取样信号，双路取样合成将二路取样信号合成为一路信号，该信号由反馈网络送入差分放大的反相输入端得到环路反馈。
      在低于分频点的频段上，反馈环路等效为A1、A2、A4、A5，该环路只影响放大器低频段稳定性，由此对输出缓冲A2的频带宽度要求大为降低，降低A1的相移，可以容许A5的相移更大；在高于分频点的频段上，反馈环路等效为A1、A3、A4、A5，该环路影响放大器高频段稳定性，高频反馈环路不受输出负载变化的影响，该环路中A1的相移是最主要的影响因素，决定了最大反馈深度，由上可知A1应具有宽带、高增益放大特性，保持宽带也即意味着高转换速率。高速反馈环路的存在，还使该反馈放大器即使在快速变化的输入信号驱动下也不会发生TIM失真。

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超级环路负反馈结构的优点

      采用超级环路负反馈结构的音频功率放大器反馈深度比现有设计大为提高，其电压放大级在20Khz的反馈深度可达到60dB，输出级的反馈深度超过50dB，这比传统的设计提高了近二个数量级，也就是说由环路负反馈对失真的改善要好近二个数量级，且放大器的响应速度也大为提高，新的反馈结构可使音频功率放大器性能达到与高速运算放大器基本相同的水平，并可带来如下好处：
      其一，宽带低失真放大器。其电压放大级在20Khz的反馈深度可达到60dB，输出级的反馈深度超过50dB，这比传统设计的提高了近二个数量级，即使在100Khz时电压放大级反馈深度还可达到46dB，输出级的反馈深度超过26dB，这也比传统设计的提高了一个数量级，使放大器在很宽的频段上都能达到很低的失真。
      其二，不易发生瞬态失真。该技术是一种高速反馈放大结构，电路中需要高的高频增益，为此需要减小反馈放大器中常用的频率补偿，电路容易达到较高的转换速率，所以不易发生瞬态失真。
      其三，稳定性好，不易发生高频自激。高频反馈回路在放大器的内部，与输出相隔离，不会因为输出端负载的变化影响放大器的高频稳定性。
      其四，提高抗干扰能力。这是一个很容易被人们忽略的重要问题，人们常常在高保真放大器的电源系统上投入大量成本而忽略了改进放大器本身的抗电源系统的干扰能力，实际上提高放大器的抗干扰能力也很重要，因为当放大器输出变动时，放大器内的器件本身即处于负载电压动态变动状态，如果不能适应这种情况放大器本身就是不够好的，而深度环路负反馈可以改善这种适应能力，稳定电源对此无能为力，只在极低的纹波电压下才能工作良好的放大器会明显提高系统的成本。
      其五，提高放大器的效率。我们知道输出级是功率放大器失真的主要来源，以降低其开环失真的方法来降低总体失真需要采用提高输出级电流这种低效的方法，而用提高反馈深度的方法来降低总体失真却没有这种缺点，所以该方法可以提高电源效率，生产出体积小、重量轻、耗电少的产品。
      其六，放大器容易达到一致性，有利于还原音场。深度负反馈使放大器特性更多的受无源反馈元件的影响，有源器器件参数的离散性对电路整体性能的影响降低。

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超级环路负反馈放大器实现的其他问题

      为了在整体上得到好的效果，电压放大级的设计也要体现高速、高增益二个要求，从而实现整体上的高速环路负反馈。
      
      宽带低失真放大器的基本的声音特点是，由于良好的声像凝聚力，因此声音具有良好的层次感和饱满的音色，解析力十分出色。

      这种放大器已经是很理想，那是否校音就不重要了？答案是绝对否定的，校音不但重要，而且影响更为明显，因为声音的不平衡更容易被发现，因此校音也要花更多的时间。这大概是人的听力对声音的反映相当敏感，对于十分相信技术指标得我，在这方面自己是上了深刻的一课。

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附图

kell

学习中、谢谢。

小白

顶起. 值得懂电路的朋友深究. 不过,电声技术发展了几十年后到今天,各种可行的电路结构和方式,基本都被探索试验过了. 七八十年代很多HI-FI厂家追求失真度指标的极低化,设计出了很多电路,到现在,广泛被采用的却还是那些成熟的"老一套". 你看人家Jeff Rowland,靠国内设计师和发烧友不屑一顾的厚膜放大集成电路,都能做出HI-END级放大器 ...

记得SOLO刚引入时,曾经因有国内设计师宣称其电路是自己最早设计,而引起轩然大波. 其实,SOLO的基础电路结构又何尝是Graham Slee先生一手的新发明,还不是个传统的结构,只是他精益求精,将其完善并调试出了特别的好声而已. 现在形形色色的各类国内外放大器,百变不离其宗,绝大多数都是基于传统的结构,加些小变化. 哪里有来什么彻头彻尾的"全新生物""外来物种"呢?

自由的风

从方框图看，这是包含级间反馈的大环反馈。运放加buf，或运放加扩流，都采用了这种架构。难道这就是所谓的超级负反馈？我不知道这些"中国人"又要搞什么花样了。

自由的风

我不确定他们是无辜的闭门造车，还是存心想糊弄别人。

SFBLAB

白板，你好！
我很认可校音的重要性，老外在这方面确实有一手。

不过好的基础电路加好的校声可以达到更高的水平。

SFBLAB

自由的风，你好？

      首先，我想你可以查一下有哪个放大器用过这个结构，如果没有人用过，你如何评判他有没有好处？

      其次，我很明白音响圈最讲究以耳收获，我是已经做出有一定水准的东西后才在此发表这个东西的。

      我知道你对电路有相当的水平，如果你做一下这种测试，就会明白反馈速度的重要性，在反馈环内二级射极缓冲电路和三级射极缓冲电路的区别。

小白

其实,耳放就是耳朵收货的,撇开听感这个关键决定因素,在这里争论电路高下新旧,没有意义. 大家耳听为实吧.

SFBLAB

白板，你好！

说到底，这种技术是好是坏是要大家听过以后才有结论的，如果白板可以提供让大家试听的机会，我将万分感激！