反馈在扩音机电路设计中的应用分析
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摘要：日常生活的很多电器的工作都离不开扩音设备，例如音响，耳机，话筒，电视等。扩音设备将话筒等设备中接收的微弱信号放大成可以推动扬声器发声的大功率信号。在放大电路中采用反馈机制能够改善电路的放大性能，本文主要介绍了反馈在电路中的接入形式和作用，介绍了扩音机放大电路的设计，并分析了扩音机电路中对反馈的应用。
关键词：扩音机电路设计；反馈；放大电路
扩音机可以把来自前一级的较弱的信号进行放大，在音响电话等发声设备中发挥着巨大的作用。扩音机由前置放大器，音调控制器，功率放大器三部分组成，这三部分电路设计中均采用放大器。由于放大器的工作常常受到温度等外界因素的影响而不能稳定工作，因此需要引入反馈机制。
一、反馈的类型和作用
反馈是电路中常用的一种调节机制，它是我们通过闭环把电路中输出回路的电流或电压中的一部分或全部送回到输入回路的过程。
（一）反馈的类型
在对电路的影响上反馈可以分为正反馈和负反馈两种：正反馈在电路中表现为增强净输入信号，而负反馈可以减小净输入信号，正反馈使放大电路工作不稳定，极易产生震荡，一般用于信号发生器等电路中，而负反馈可以达到提高增益的稳定性，减小非线性失真，抑制环内噪音，拓展频带的效果。所以在放大电路中引入负反馈可以改善放大电路的各项性能指标，相比正反馈有更稳定的作用效果。
（二）反馈的作用
1、提高放大倍数的稳定性。在中频段的表达式可写成等式两端同时对求导并同除可得，也就是说变化率减小为原来的倍，因此，稳定性是开环电路的倍，起到了提高放大倍数稳定性的作用。2、减小非线性失真。由于组成放大电路的半导体元器件具有非线性特性，会使部分幅值过大的，或者静态工作点不恰当的输入信号，产生非线性失真。在引入负反馈后，输出的信号会减小到原来的倍，并且叠加的负反馈信号与输出信号的失真情况相同，抵消了原来严重的失真结果，从而使正负半周的幅值接近从而减小了非线性失真。3、拓宽频带。加入负反馈使放大器的闭环通频带比开环时展宽，也就是当输入信号减小时，反馈信号也随之减小，使相对净输入信号增大，反之输入信号增大时，反馈信号也随之增大，是相对净输入信号减小，从而带到了展宽通频带的效果。4、改变输入电阻和输出电阻。由于电阻的串并联分别具有分压和分流的特点，我们可以很容易地推断出：串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻；电流负反馈增大输出电阻，电压负反馈减小输出电阻。5、抑制反馈环内噪声和干扰。因为引入了负反馈机制，噪声和干扰可以通过负反馈的形式在输入端相减抵消。
二、扩音机电路简介
扩音机的电路由前置放大电路，音频控制电路，功率放大电路三部分组成。前置放大电路主要完成对小信号的放大，通常需要输入阻抗大，输出阻抗低，频带宽，噪音小等特性；音调控制电路作用是实现对输入信号不同频率内容的放大和衰减；功率放大器主要用于提供足够的输出功率来带动外接扬声器的负载部分。
（一）前置放大器
由于功率放大器具有输入灵敏度的限制，输入的信号强度过小，将得不到放大作用，输入的信号强度过大，将造成输出信号严重失真。因此我们需要在扩音机电路中引入前置放大器，使得放大器适应不同的输入信号，为不同强度的声音源信号提供放大，衰减，或阻抗变换，从而与功率放大器匹配。此外，对于声音源的频率差别，比如磁带中的低音衰减，高音提升的效果，将在频率均衡网络放大器中得到补偿，使输入信号的频率特性曲线近乎平坦。前置放大器可匹配话筒的输出阻抗和前置放大器的输入阻抗，同时使得前置放大器输出信号的幅度与功率放大器的输入灵敏度匹配。由于声音源信号微弱，前置放大器中输入级噪声对于放大作用的影响将非常大，因此前置放大器的输入级往往采用低噪声电路，采用低噪声晶体管，并合理设置静态工作点。在采用集成运算放大器作为前置电路的时候，需要保证采用低噪声、低漂移的集成运算放大器。另外，前置放大器需要保证足够宽的频带来避免放大时造成的失真。
（二）音调控制电路
音调控制电路通过控制放大器的频率响应曲线形状控制放音音色，来适应不同听众对银色的不同需求。同时，音调通知电路还有补偿欠缺频率分量的作用进而提高音质的效果。高保真放音电路中，通常采用对高音低音进行调节，而对中频音不进行明显控制的电路，从而保证音量在调控过程中不会过高或过低。当音调控制电路是通过RC元件组成的，通过RC电路的传输特性使得某一频段的音频信号获得调整，达到了控制音调的效果。音调控制电路分为衰减式和负反馈式，其中衰减式音调控制电路的调节范围比较宽，产生的噪声和失真也比较大；负反馈式音调控制电路的噪音和失真都比较小，并在调节音调时其转折频率可以固定不变．
（三）功率放大器
在扩音机电路中，功率放大器的作用是为音响放大器的负载提供所需输出功率。功率放大器的主要功能指标有最大输出不失真功率、失真度、信噪比、频率响应和效率。相对于分立的元件晶体管，集成运算放大器具有使用方便、体积小、成本低、温度稳定性好，功耗低，电源利用率高，失真小，过流保护、过热保护、过压保护、自启动、消噪等优点。
三、扩音机各级电路反馈分析
（一）前置放大器
由图1可知，该前置放大电路中引入了两个电压串联反馈。第一个运算放大器的输出电压一部分分压在R3和C2的并联支路两端上，另一部分在R2两端构成反馈网络，并将R2两端电压作为反馈网络的输出电压叠加到输入回路中。第二个运算放大器的输出电压一部分分压在R6两端，另一部分分压在R5和C4的串联支路上，并将R5和C4两端电压作为反馈网络的输出叠加到第二个运算放大器的反相输入端。因此，前置放大器运用了两个电压串联负反馈稳定了电路的表现。，将运算放大器的输出电压短路，反馈信号也将消失，同时反馈信号和电路的输入信号并入同一支路，因此，我们可以判断音调控制电路对运算放大器进行了电压并联负反馈，这样的设计使放大器工作在线性区，并提高了电路的稳定性。降低了噪音和失真，构成了稳定的负反馈式音调控制电路。
（二）功率放大器图
3中展示的是一种集成的功率放大电路。由图可知该功率放大器有一个电压串联反馈电路组成，的电压一部分电压分在R16上，另一部分电压分在R13和C14的串联支路上，并由R13和C14两端电压作为反馈电路的输出电压输入到反相输入端中，提升了功率放大器的表现性能。
四、结论
扩音器设计的各个电路中均采用了反馈电路，并通过电路中的负反馈达到了提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，拓宽频带，控制输入电阻和输出电阻的目的，从而减小了噪音等对扩音机的不利影响，改善了扩音机的各项性能指标，使设计的电路表现达到人们对扩音设备的设计需求。
参考文献：
[1]华成英,童诗白.模拟电子技术基础.第四版.北京:高等教育出版社,2006.
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[3]俞锦元.扬声器设计与制作.广东科技出版社,2007.
[4]北京邮电大学扩音机电路设计实验.
作者：郭宗南 单位：泰安二中