Feedback amplifier

🧠 負帰還増幅器negative feedback amplifier 負帰還増幅器（negative feedback amplifier）negative feedback amplifier（負帰還増幅器） は出力の一部を逆相で入力へ戻し、開ループ利得open-loop gain 開ループ利得（open-loop gain）open-loop gain（開ループ利得） を犠牲にして直線性・帯域・利得gain 利得（gain）gain（利得） の再現性を改善するが、安定性には十分な位相余裕 phase margin 位相余裕（phase margin） phase margin（位相余裕） が必要である。

閉ループ利得

開ループ利得open-loop gain 開ループ利得（open-loop gain）open-loop gain（開ループ利得） を$A$、帰還率feedback ratio 帰還率（feedback ratio）feedback ratio（帰還率） を$\beta$とすると負帰還時の利得 gain 利得（gain） gain（利得） は、

である。$A\beta\gg1$なら$A_f\approx1/\beta$となり、素子自体の$A$変動に影響されにくい。

負帰還の効果

利得gain 利得（gain）gain（利得） を低下させる代わりに、非線形歪みnonlinear distortion 非線形歪み（nonlinear distortion）nonlinear distortion（非線形歪み） を減らし、周波数帯域と回路特性の再現性を改善できる¹。雑音低減は回路構成に依存し、利得gain利得（gain）gain（利得）・帯域・整合とのトレードオフ trade-off トレードオフ（trade-off） trade-off（トレードオフ） を伴う²。生体信号biological signal 生体信号（biological signal）biological signal（生体信号） のように振幅差が大きい入力では、飽和を避けながら再現性ある増幅を得るために重要である。

正帰還と安定性

同相で戻す正帰還 positive feedback 正帰還（positive feedback） positive feedback（正帰還） は、ループ利得loop gain ループ利得（loop gain）loop gain（ループ利得） と位相条件が揃うと発振する。負帰還回路でも高周波 high frequency 高周波（high frequency） high frequency（高周波） で位相が遅れ、実質的に正帰還 positive feedback 正帰還（positive feedback） positive feedback（正帰還） となれば不安定化しうる。増幅後の帯域制限 band-limiting 帯域制限（band-limiting） band-limiting（帯域制限） はフィルター回路filter circuitフィルター回路（filter circuit）filter circuit（フィルター回路）、対象となる振幅は生体信号biological signal 生体信号（biological signal）biological signal（生体信号） の範囲で確認する。

まとめ

• 負帰還の閉ループ利得 closed-loop gain 閉ループ利得（closed-loop gain） closed-loop gain（閉ループ利得） は$A/(1+A\beta)$である。
• 利得gain 利得（gain）gain（利得） を下げる代わりに安定性・直線性・帯域を改善する。
• 位相遅れを含むループ条件によっては発振するため、安定余裕 reserve 余裕（reserve） reserve（余裕） が必要である。