Litt feedbackteori (spenningsfeedback).
Feedback har blitt brukt og misbrukt i snart 100 år innen audioteknikk. Teoriene bak er ikke så fryktelig vanskelige, i alle fall ikke når vi se på feedback i en ellers perfekt krets. Feedback påvirker en krets på mange måter, jeg har i eksemplene nedenfor konsentrert meg om gainreduksjon, gainstabilitet og feedback sin innvirkning på forvrengningen.
Her er den generelle feedbackligningen som beskriver vanlig spenningsfeedback:
Acl = Aol / (1 + (B x Aol))
Aol (open loop gain) er forsterkningen uten bruk av feedback.
Acl (closed loop gain) er forsterkningen ved bruk av feedback.
B (beta) er andelen av signal ført tilbake fra utgangen til inngangen.
Produktet B x Aol kalles også for loop gain.
Graden av feedback er lik Aol/Acl.
Gain reduseres med samme faktor som graden av feedback.
THD reduseres (omtrent) med samme faktor som graden av feedback.
Altså: Dcl = Dol / (1 + (B x Aol))
Hvor Dcl og Dol er distorsjon med og uten feedback.
Et praktisk eksempel.
Vi har en forsterker med Aol=300 og THD=1.6% uten bruk av feedback.
Det som fødes tilbake (B) er gitt av spenningsdeleren R1 og Rfb. Som vi ser blir dette R1/(R1+Rfb). Hvis eksempelvis R1=100 ohm og Rfb=1900 ohm gir dette B=100/(100+1900)=0.05
Forsterkning med feedback blir Acl=Aol/(1+AolxB) = 300/(1+300x0.05) =18.8x, altså en reduksjon i gain på 16x eller 24dB.
THD reduseres med en tilsvarende faktor (16) som gir THD med feedback på 0.1%. Dette kan også finnes ved å bruke Dcl = Dol/(1+(BxAol)).
La oss nå si at vi øker Aol med en faktor på 1.5, fra 300 til 450 og se hva dette gjør med gain og THD: Koblingen er den samme, der er også Dol i dette eksemplet. Ny gain for kretsen blir nå 450/{1+450x0.05} =19.1x, som i dette tilfellet gir en reduksjon i gain på 23.5x eller 27.5dB. Som vi ser har altså en økning av Aol på 1.5 kun gitt en økning av Acl på {19.1/18.8} = 0.14dB.
Siden feedbackforholdene er blitt endret (+3.5dB) reduserer dette også THD. Mer feedback gir større reduksjon av THD. Legger vi til grunn Aol=450 i den generelle feedbackligningen og holder alt annet likt, ser vi at THD er redusert til ca 0.07%, eller en reduksjon på ca 30% i forhold til 0.1%.
Kort sagt: Acl holder seg rimelig stabil selv om Aol økes, THD senkes proporsjonalt med det økende bidraget av feedback. For hver 6dB økning i feedback, halveres THD.
Her er et regneark som gjør grovarbeidet med å begrene Acl, THD og andre obskure verdier: http://www.veiset.net/tech/feedback_calc.xls
Til de som måtte synes dette er interessant anbefaler jeg litteratur av Crowhurst (han skrev veldig mye om audioforsterkere og feedback), eller på mer generell basis en bok eller to i reguleringsteknikk.
Jan E Veiset
Feedback har blitt brukt og misbrukt i snart 100 år innen audioteknikk. Teoriene bak er ikke så fryktelig vanskelige, i alle fall ikke når vi se på feedback i en ellers perfekt krets. Feedback påvirker en krets på mange måter, jeg har i eksemplene nedenfor konsentrert meg om gainreduksjon, gainstabilitet og feedback sin innvirkning på forvrengningen.
Her er den generelle feedbackligningen som beskriver vanlig spenningsfeedback:
Acl = Aol / (1 + (B x Aol))
Aol (open loop gain) er forsterkningen uten bruk av feedback.
Acl (closed loop gain) er forsterkningen ved bruk av feedback.
B (beta) er andelen av signal ført tilbake fra utgangen til inngangen.
Produktet B x Aol kalles også for loop gain.
Graden av feedback er lik Aol/Acl.
Gain reduseres med samme faktor som graden av feedback.
THD reduseres (omtrent) med samme faktor som graden av feedback.
Altså: Dcl = Dol / (1 + (B x Aol))
Hvor Dcl og Dol er distorsjon med og uten feedback.
Et praktisk eksempel.
Vi har en forsterker med Aol=300 og THD=1.6% uten bruk av feedback.
Det som fødes tilbake (B) er gitt av spenningsdeleren R1 og Rfb. Som vi ser blir dette R1/(R1+Rfb). Hvis eksempelvis R1=100 ohm og Rfb=1900 ohm gir dette B=100/(100+1900)=0.05
Forsterkning med feedback blir Acl=Aol/(1+AolxB) = 300/(1+300x0.05) =18.8x, altså en reduksjon i gain på 16x eller 24dB.
THD reduseres med en tilsvarende faktor (16) som gir THD med feedback på 0.1%. Dette kan også finnes ved å bruke Dcl = Dol/(1+(BxAol)).
La oss nå si at vi øker Aol med en faktor på 1.5, fra 300 til 450 og se hva dette gjør med gain og THD: Koblingen er den samme, der er også Dol i dette eksemplet. Ny gain for kretsen blir nå 450/{1+450x0.05} =19.1x, som i dette tilfellet gir en reduksjon i gain på 23.5x eller 27.5dB. Som vi ser har altså en økning av Aol på 1.5 kun gitt en økning av Acl på {19.1/18.8} = 0.14dB.
Siden feedbackforholdene er blitt endret (+3.5dB) reduserer dette også THD. Mer feedback gir større reduksjon av THD. Legger vi til grunn Aol=450 i den generelle feedbackligningen og holder alt annet likt, ser vi at THD er redusert til ca 0.07%, eller en reduksjon på ca 30% i forhold til 0.1%.
Kort sagt: Acl holder seg rimelig stabil selv om Aol økes, THD senkes proporsjonalt med det økende bidraget av feedback. For hver 6dB økning i feedback, halveres THD.
Her er et regneark som gjør grovarbeidet med å begrene Acl, THD og andre obskure verdier: http://www.veiset.net/tech/feedback_calc.xls
Til de som måtte synes dette er interessant anbefaler jeg litteratur av Crowhurst (han skrev veldig mye om audioforsterkere og feedback), eller på mer generell basis en bok eller to i reguleringsteknikk.
Jan E Veiset
