Sistemul de feedback are multiple avantaje față de sistemele convenționale. Ajută la îmbunătățirea câștigului de ieșire al circuitului și crește răspunsul liniar al circuitului. De asemenea, reduce șansele de distorsiuni ale semnalului care apar în principal din cauza semnalelor de zgomot.
Sistemele de feedback sunt utilizate mai ales în circuitele amplificatoare, sistemele de control bazate pe ieșiri și circuitele oscilatoare. Sistemele de feedback au două tipuri: Pozitiv feedback și Negativ părere. Acest articol se va concentra mult pe ultimul tip de feedback.
Prezentare rapidă:
- Ce este sistemul de feedback negativ în electronică
- Circuit de feedback negativ
- Funcția de transfer de feedback negativ
- Feedback negativ la amplificatoarele operaționale
- Exemplul 1
- Exemplul 2
- Exemplul 3
- Diferența dintre sistemele de feedback pozitiv și negativ
- Aplicații și proprietăți ale sistemului de feedback negativ
- Efectul feedback-ului negativ asupra lățimii de bandă
- Concluzie
Ce este sistemul de feedback negativ în electronică
Feedback-ul negativ într-un circuit electric este un mecanism de control care stabilizează și reglează operațiunile circuitului electric. Circuitele cu sisteme integrate de feedback negativ preiau un semnal de ieșire și îl transmit la intrare ca a semnal de opoziție de fază (inversat). . Acest sistem de feedback reduce orice abateri sau erori ale semnalelor de ieșire.
Feedback-ul negativ este, de asemenea, numit feedback degenerativ . În feedback negativ, semnalul de ieșire care vine ca feedback este scăzut din semnalul de referință de intrare. Ieșirea are ca rezultat o eroare cunoscută ca câștig de feedback . Acest semnal de eroare generat după scădere va modifica răspunsul sistemului în consecință. Dacă câștigul sistemului este pozitiv, semnalul de feedback care vine de la ieșire trebuie să fie scăzut din semnalul de referință de intrare pentru a menține feedback-ul ca negativ.
Când feedback-ul negativ este scazut de la intrarea de referință, face sistemul mai stabil. Să presupunem că există un sistem care arată un comportament neobișnuit - pentru a contracara această schimbare, sistemul va genera un semnal de ieșire. Acest semnal de ieșire sau feedback contracarează semnalul de intrare - modificând intrarea în consecință pentru a face ca întregul sistem să funcționeze eficient.
Circuit de feedback negativ
Circuitul de feedback negativ este ilustrat în imaginea de mai jos. Aici puteți vedea că un semnal de ieșire este dus înapoi în partea de intrare ca feedback. Pe partea de intrare, este generată o diferență între semnalul de referință și diferența semnalului de feedback, care apoi conduce sistemul mai departe.
1. Componente : Circuitul este format din două componente principale:
- Un amplificator cu câștig G.
- O buclă de feedback cu factor de feedback β.
Semnalul de intrare este V în iar ieșirea amplificatorului este V afară .
2. Joncţiunea de însumare : La intrarea amplificatorului, există o joncțiune de însumare (deseori reprezentată de un cerc cu semnul minus în interior). Această joncțiune va scădea semnalul de feedback din intrarea de referință. Porțiunea scăzută este produsul dintre factorul de feedback β și ieșirea Vout - deci semnalul de eroare este V în – bV afară .
3. Bucla de feedback : Acest semnal de eroare (V în – bV afară ) este ceea ce conduce sistemul. Reprezintă diferența dintre intrarea dorită V în și ieșirea reală V afară scalat de factorul de feedback β.
4. Feedback negativ : Conceptul cheie aici este feedback-ul negativ. Când ieșirea V afară modificări datorate oricăror perturbări sau modificări ale intrării V în semnalul de eroare (Vin – βV afară ) este creat. Semnalul de eroare calculat va fi amplificat de amplificatorul cu câștig G și alimentat înapoi în joncțiunea de însumare. Important este că acest feedback este negativ, deoarece este scăzut din intrare.
- Dacă V afară crește (adică ieșirea sistemului devine mai mare decât se dorește), feedback-ul reduce eroarea aducând V afară înapoi spre valoarea dorită.
- Dacă V afară scade (adică ieșirea sistemului scade mai jos decât se dorește) feedback-ul crește eroarea de conducere V afară înapoi la valoarea dorită.
5. Ecuația generală a feedback-ului : Ecuația generală de feedback pentru acest sistem este de obicei exprimată ca
Această ecuație leagă ieșirea V afară la intrarea Vin și factorul de feedback β prin câștigul amplificatorului G. Arată modul în care sistemul folosește feedback-ul negativ pentru a regla și controla ieșirea pentru a se potrivi cu intrarea dorită.
Funcția de transfer de feedback negativ
Funcția de transfer definește o ecuație care reprezintă relația dintre intrare și ieșire. Ne spune cum modificările de intrare afectează ieșirea. În feedback negativ, avem un semnal intermediar reprezentat de Z. Acest semnal intermediar reprezintă diferența dintre ieșire și intrare.
Pentru funcție de transfer ecuația feedback-ului negativ, Z este utilizat pentru a calcula semnalul de eroare sau corecția necesară pentru a aduce sistemul mai aproape de valoarea dorită a ieșirii.
Următoarea diagramă bloc prezintă sistemul de feedback negativ. Folosind această diagramă, putem calcula funcția de transfer pentru un sistem de feedback negativ:
Ieșirea sistemului de feedback negativ este egală cu Y(i):
Feedback negativ la amplificatoarele operaționale
Într-o configurație cu feedback negativ, o parte din ieșirea amplificatorului operațional (V) este dată terminalului de inversare a intrării (-). Acest semnal de ieșire va fi scăzut din referința de intrare. Ajută la controlul și stabilizarea câștigului amplificatorului.
Folosind feedback negativ într-un circuit op-amp, puteți seta nivelul dorit de câștig, menținând în același timp stabilitatea sistemului. Feedback-ul negativ reduce neliniaritățile în caracteristicile amplificatorului operațional, făcându-l să funcționeze mai aproape de comportamentul ideal.
Un circuit de amplificator operațional cu feedback negativ (amplificator operațional) este proiectat folosind un amplificator operațional ca componentă centrală. Un amplificator operațional are două intrări: una este inversoare (-), iar cealaltă este neinversătoare (+). Are un terminal de ieșire. Pentru sistemul de feedback negativ, vom folosi partea inversă a amplificatoarelor operaționale.
Acest circuit include de obicei:
- Rezistorul de intrare (Rin) care conectează o singură sursă la intrarea de inversare (-) a amplificatorului operațional.
- Un rezistor de feedback (Rf) care conectează ieșirea amplificatorului operațional la intrarea inversoare (-).
- O conexiune la sarcina de la ieșirea amplificatorului operațional.
Puteți găsi câștig folosind raportul Rf la Rin. Acest feedback negativ stabilizează și controlează comportamentul amplificatorului operațional. Funcționează reducând la minimum diferența de tensiuni între cele două intrări inversoare și neinversoare. Se creează un scurtcircuit virtual între ele. Ca rezultat, amplificatorul operațional își ajustează tensiunea de ieșire pentru a menține acest echilibru, făcându-l un amplificator eficient cu câștig controlat.
Exemplul 1: Calcularea câștigului în buclă închisă
Un sistem are un câștig de 60 dB fără feedback. Fracția de feedback negativ este de 1/20, găsiți câștigul în buclă închisă (în dB) cu adăugarea de feedback negativ.
Soluţie:
Câștigul în buclă închisă cu feedback negativ este dat de formula:
În acest caz, câștigul în buclă deschisă este de 60 dB, iar fracția de feedback este 1/20.
Deci, cu o fracțiune de feedback de 1/20, câștigul în buclă închisă al sistemului va fi de 86,02 dB.
Exemplul 2: Calcularea câștigului de tensiune
Dacă un amplificator are inițial un câștig de tensiune de 3000 (fără feedback) și apoi cuprinde un feedback negativ de tensiune cu o fracțiune de feedback de mv = 0,01. Care va fi noul câștig de tensiune al amplificatorului?
Soluţie :
Puteți utiliza formula câștigului de tensiune pentru amplificatorul cu feedback negativ de tensiune - pentru a calcula câștigul de tensiune al amplificatorului:
În formula de mai sus:
A f = Câștig de tensiune cu feedback
A = Câștig de tensiune fără feedback
mv = Fracția de feedback
Aici avem:
Câștig de tensiune fără feedback (A) = 3000
Fracția de feedback (mv) = 0,01
Acum, pune aceste valori în formula:
Deci, câștigul de tensiune al amplificatorului cu feedback negativ de tensiune este de aproximativ 96,77.
Exemplul 3: Calcularea rezistențelor de feedback
Determinați valorile adecvate pentru rezistențele de feedback, R 1 și R 2 . Trebuie să stabilizați un circuit amplificator neinversător folosind un amplificator operațional cu un câștig de tensiune în buclă deschisă (AVOL) de 220.000. Câștigul în buclă închisă vizat este de 40.
Soluţie :
O ecuație generală de feedback în buclă închisă este:
Pentru a obține fracția de feedback β, rearanjați ecuația de mai sus:
În acest caz, câștigul în buclă deschisă este prea mare. Deci, fracția de feedback β va fi aproximativ egală cu reciproca câștigului în buclă închisă 1/G. Deoarece valoarea lui 1/A este prea mică, aproximativ egală cu (0,025).
Rezistoarele R1 și R2 din configurația de mai sus formează circuitul divizor de potențial de tensiune în serie. Puteți găsi câștigul de tensiune în buclă închisă după cum urmează:
Să presupunem că valoarea pentru R2 este de 1000 Ω (1 kΩ). Apoi valoarea pentru R 1 poate fi scris ca
Deci, pentru circuitul amplificator neinversător cu un câștig de 40, trebuie să selectați R 1 de 39 kΩ și R 2 de 1 kΩ.
Diferența dintre sistemele de feedback pozitiv și negativ
Puteți găsi diferența dintre sistemele de feedback pozitiv și negativ în tabelul de mai jos:
| Diferențele de tip de feedback | Feedback pozitiv | Feedback negativ |
|---|---|---|
| Definiție | În acest feedback, se adaugă feedback de referință și semnale de intrare. | În acest tip, feedback-ul de ieșire este scăzut din intrarea de referință. |
| Nomenclatură | Feedback pozitiv sau feedback regenerativ. | Feedback negativ sau feedback degenerativ. |
| Scop | Amplifică sau mărește un semnal. | Stabilizează sau reglează un semnal. |
| Efect asupra sistemului | Poate duce la un comportament imprevizibil și oscilații. | Promovează predictibilitatea și funcționarea la starea de echilibru. |
| Câștigă direcția | Mărește câștigul de sistem. | Reduce câștigul sistemului. |
| Utilizare | Amplificatoare audio și oscilatoare de relaxare. | Amplificatoare operaționale (Op-Amps), sisteme de control prin feedback. |
| Stabilitate | Adesea duce la instabilitate. | Îmbunătățește stabilitatea sistemului. |
| De exemplu | Schmitt declanșează și flip-flops. | Amplificatoare de tensiune și controlere de temperatură. |
Aplicații și proprietăți ale sistemului de feedback negativ
Sistemele de feedback negativ au multe aplicații în electronica generală. Aceste sisteme au îmbunătățit instabilitatea sistemului, liniaritatea sistemului, răspunsul în frecvență și răspunsul în trepte. Datorită acestor beneficii ale sistemelor de feedback negativ, multe circuite de amplificare din cadrul electronicelor posedă sisteme de feedback negativ.
Câteva descrieri detaliate ale sistemelor de feedback negativ sunt prezentate mai jos:
Stabilitate : Un sistem de feedback negativ reduce abaterile de la punctul dorit, rezultând un sistem mai stabil. De exemplu, un termostat se asigură că temperatura rămâne aproape de valoarea aleasă.
Precizie: Sistemele de feedback negativ îmbunătățesc precizia sistemului prin minimizarea erorilor. Într-un circuit amplificator, feedback-ul negativ reduce distorsiunea și produce un semnal mai stabil la ieșire.
Controlul lățimii de bandă : De asemenea, puteți controla lățimea de bandă a amplificatorului cu ajutorul unui sistem de feedback negativ. Acest lucru le face potrivite pentru mai multe aplicații. Aceste aplicații includ amplificarea audio până la amplificarea frecvenței radio.
Reducerea zgomotului : Feedback-ul negativ poate reduce zgomotul nedorit și interferențele. Reducerea zgomotului are multiple aplicații în domeniul sistemelor audio și al dispozitivelor de comunicație.
Răspuns dinamic : Sistemele de feedback negativ au capacitate de răspuns dinamic. Aceste sisteme se pot adapta în consecință la condițiile date. Un exemplu de răspuns dinamic include sistemul de control al vitezei de croazieră.
Efectul feedback-ului negativ asupra lățimii de bandă
Lățimea de bandă explică domeniul de frecvență de funcționare pentru un amplificator cu câștig constant. Un sistem cu o lățime de bandă mai mare înseamnă că amplificatorul poate gestiona mai multe frecvențe. Feedback-ul negativ reduce câștigul amplificatorului, oferind ieșirea pe partea de intrare. Acest lucru îmbunătățește stabilitatea și liniaritatea sistemului, dar, ca rezultat, reduce și câștigul sistemului.
The efectul feedback-ului negativ asupra lățimii de bandă depinde de tipul și cantitatea de feedback aplicat. În general, feedback-ul negativ mărește lățimea de bandă prin reducerea câștigului sistemului. Produsul lățimii de bandă de câștig, care este măsura performanței unui amplificator, rămâne constant indiferent de feedback.
De exemplu , luați în considerare un circuit amplificator fără feedback având un câștig de 100 și 10 kHz lățime de bandă. Aplicarea feedback-ului negativ pentru a reduce câștigul la 10. Aceasta va crește lățimea de bandă la 100 kHz. Produsul câștig-lățime de bandă este încă 100 × 10 kHz = 1 MHz în ambele cazuri.
Cu toate acestea, feedback-ul negativ afectează și frecvențele de tăiere ale amplificatorului. Acestea sunt frecvențele la care sistemul câștigă scăderi de la valoarea maximă. Feedback-ul negativ scade frecvența de tăiere și crește frecvența de tăiere superioară. Acest lucru va duce la lărgirea curbei de răspuns în frecvență a amplificatorului. Efectul net al feedback-ului negativ asupra lățimii de bandă este de a tranzacționa câștigul cu lățimea de bandă.
Aceasta înseamnă că aplicarea feedback-ului negativ va crește gama de frecvențe pe care le poate gestiona un amplificator. Dar toate acestea vin cu prețul reducerii factorului său de amplificare.
Concluzie
Un sistem de feedback negativ poate controla sau ajusta ieșirea servind o parte a ieșirii pe partea de intrare. Acest feedback generează un semnal de eroare, care vă va oferi un sistem mai stabil. Acest semnal de eroare este dinamic și conduce întregul sistem. Un sistem de feedback negativ poate îmbunătăți acuratețea sistemului și, de asemenea, poate controla lățimea de bandă. Acest sistem de feedback este utilizat în circuitele amplificatoare precum anularea zgomotului sau sistemele de control al vitezei de croazieră. Citiți mai multe despre descrierea detaliată a feedback-ului negativ în acest articol.