Instelbare tegenkoppeling met gelijkblijvend volume.

[mtb]

Tegenkoppeling of te wel negatieve terugkoppeling wordt o.a. gebruikt om audio-versterkers te ‘verbeteren’.
In de meeste gevallen, bijv. bij transistorversterkers, is dit nodig om een behoorlijk geluid te krijgen, maar bij buizenversterkers is het de vraag of ze daar nou wel beter van worden.
Een open-versterker klinkt meestal soepeler en warmer dan een strakke(re) tegengekoppelde, dit komt voornamelijk door compressie en hogere uitgangsweerstand, zie ook TLA.
Maar als je dit ‘live’ wil vergelijken, moet je wel het volume aanpassen, want met tegenkoppeling neemt de totale versterking af, zodat je voor dezelfde geluidsterkte meer ingangssignaal nodig hebt:

In het groen staat een redelijke versterker geplot met een open-versterking van 60x en een ohms-uitgangsverlies van 1/9, totaal dus 53x.
De -3dB bandbreedte is 30Hz tot 30kHz, dus prima bruikbaar, want beneden 60Hz zit toch niet veel geluid en de Ro van 1Ω zorgt voor warme/slappe bas.
In het blauw een tegengekoppelde versterker met een bandbreedte van 10Hz tot 100kHz, dus veel meer HiFi, maar de versterking is afgenomen tot 20x, wat overigens ruim voldoende is bij 1Vin.
We voeren een factor 1/b (=R1/(R1+R2)) van de uitgangsspanning terug op -i van Ao, zodat Vo=Ao*(Vi-Vo/b) en dus de tegengekoppelde versterking A=Vo/Vi=1/(1/Ao+1/b), hier is b ca. 30, zodat we ca. 3x (Ao/A) tegenkoppelen (-9dB), Ro neemt ook 3x af voor een strakker geluid.
Als we b instelbaar maken, kunnen we de tegenkoppeling instellen, maar we moeten dan ook het ingangssignaal mee-regelen om het geluidsniveau gelijk te houden, zodat je objectief het effect kan beoordelen.
Dit kan natuurlijk met een dubbele (stereo) potmeter, maar het moet ook met een enkele kunnen, dus wordt vervolgd!

[mtb]

Door met een potmeter het signaal op -i te regelen tussen Vi/a, links(om) met w(iper) bijna 0 (groen), koppelen we niet tegen, maar verminderen we de ingangsspanning V(+i,-i):

Rechts(om) met w bijna 1 (rood) hebben we de maximale tegenkoppeling van Vo/b, w mag niet helemaal 0 of 1 worden in dit potmeter-model, omdat SPICE geen weerstanden van 0Ω toelaat.
De versterking blijft vrijwel gelijk (ca. 20x), met 1dB meer (dat hoor je net(niet)) halverwege (blauw), maar je ziet duidelijk de bandbreedte toenemen.
De factor 1/a=1-A/Ao=R4/(R4+R3).
De ingangsweerstand Ri van Ao speelt een rol en heb ik toegevoegd, je moet de spanningsdelers ≥10x laagohmiger nemen voor een goede regeling.
Dat betekent ook dat de ingangsweerstand lager wordt, hier ca. 12kΩ, dat is geen bezwaar als je een stevige voorversterker (≤1kΩ) hebt, maar als je het ‘puur’ wilt houden, kan het ook hoogohmig:

Nadeel is dat de tegenkoppeling niet helemaal uitgeschakeld kan worden, wat te zien is aan de grotere bandbreedte in het groen.
Maar de ingangsweerstand wordt wel ca. 60kΩ en zonder Ri aan V(+i), omdat P1 deze funcie overneemt, zelfs zo'n 120kΩ, zodat je een normale 100kΩlog ingangspotmeter kan gebruiken.
Zie de bijlage, als je zelf wilt experimenteren: