Grįžtamojo ryšio sistema turi daug pranašumų, palyginti su įprastomis sistemomis. Tai padeda pagerinti grandinės išėjimo stiprinimą ir padidina grandinės linijinį atsaką. Tai taip pat sumažina signalo iškraipymų, atsirandančių daugiausia dėl triukšmo signalų, tikimybę.
Grįžtamojo ryšio sistemos dažniausiai naudojamos stiprintuvų grandinėse, išvesties valdymo sistemose ir generatorių grandinėse. Atsiliepimų sistemos yra dviejų tipų: Teigiamas atsiliepimai ir Neigiamas Atsiliepimas. Šiame straipsnyje daug dėmesio bus skiriama pastarojo tipo atsiliepimams.
Greitas kontūras:
- Kas yra neigiamų atsiliepimų sistema elektronikoje
- Neigiamų atsiliepimų grandinė
- Neigiamo grįžtamojo ryšio perdavimo funkcija
- Neigiami atsiliepimai apie operacinius stiprintuvus
- 1 pavyzdys
- 2 pavyzdys
- 3 pavyzdys
- Skirtumas tarp teigiamų ir neigiamų atsiliepimų sistemų
- Neigiamų atsiliepimų sistemos programos ir savybės
- Neigiamų atsiliepimų įtaka pralaidumui
- Išvada
Kas yra neigiamų atsiliepimų sistema elektronikoje
Neigiamas grįžtamasis ryšys elektros grandinėje yra valdymo mechanizmas, kuris stabilizuoja ir reguliuoja elektros grandinės operacijas. Grandinės su integruotomis neigiamo grįžtamojo ryšio sistemomis ima išėjimo signalą ir perduoda jį įėjimui kaip a fazės opozicijos (apverstas) signalas . Ši grįžtamojo ryšio sistema sumažina bet kokius išėjimo signalų nukrypimus ar klaidas.
Neigiamas atsiliepimas taip pat vadinamas degeneracinis grįžtamasis ryšys . Esant neigiamam grįžtamajam ryšiui, išėjimo signalas, gaunamas kaip grįžtamasis ryšys, atimamas iš įvesties atskaitos signalo. Išvestis sukelia klaidą, vadinamą grįžtamojo ryšio gavimas . Šis klaidos signalas, sugeneruotas po atimties, atitinkamai pakeis sistemos atsaką. Jei sistemos stiprinimas yra teigiamas, grįžtamojo ryšio signalas, gaunamas iš išėjimo, turi būti atimtas iš įvesties atskaitos signalo, kad grįžtamasis ryšys būtų neigiamas.
Kai neigiamas atsiliepimas yra atimta nuo atskaitos įvesties, tai daro sistemą stabilesnę. Tarkime, kad yra sistema, kuri elgiasi neįprastai – kad būtų išvengta šio pokyčio, sistema generuos išvesties signalą. Šis išvesties arba grįžtamojo ryšio signalas neutralizuoja įvesties signalą – atitinkamai pakeičia įvestį, kad visa sistema veiktų efektyviai.
Neigiamų atsiliepimų grandinė
Neigiamo grįžtamojo ryšio grandinė parodyta paveikslėlyje žemiau. Čia galite pamatyti, kad išvesties signalas grąžinamas atgal į įvesties pusę kaip grįžtamasis ryšys. Įvesties pusėje sukuriamas skirtumas tarp atskaitos signalo ir grįžtamojo ryšio signalo skirtumo, kuris tada varo sistemą toliau.
1. Komponentai : Grandinę sudaro du pagrindiniai komponentai:
- Stiprintuvas su stiprėjimu G.
- Grįžtamojo ryšio kilpa su grįžtamojo ryšio koeficientu β.
Įvesties signalas yra V in o stiprintuvo išėjimas yra V išeiti .
2. Sumavimo sandūra : prie stiprintuvo įvesties yra sumavimo sandūra (dažnai vaizduojama apskritimu su minuso ženklu viduje). Ši sankryža atims grįžtamojo ryšio signalą iš atskaitos įvesties. Atimta dalis yra grįžtamojo ryšio koeficiento β ir išėjimo Vout sandauga, todėl klaidos signalas yra V in – bV išeiti .
3. Grįžtamasis ryšys : Šis klaidos signalas (V in – bV išeiti ) yra tai, kas valdo sistemą. Tai rodo skirtumą tarp norimos įvesties V in ir faktinė produkcija V išeiti išskaidytas pagal grįžtamojo ryšio koeficientą β.
4. Neigiami atsiliepimai : Pagrindinė sąvoka čia yra neigiami atsiliepimai. Kai išėjimas V išeiti pakitimų dėl bet kokių trikdžių ar įėjimo V pasikeitimų in klaidos signalas (Vin – βV išeiti ) yra sukurtas. Apskaičiuotas klaidos signalas bus sustiprintas stiprintuvo su stiprinimo G ir paduodamas atgal į sumavimo sandūrą. Svarbu tai, kad šis grįžtamasis ryšys yra neigiamas, nes jis atimamas iš įvesties.
- Jeigu V išeiti padidėja (t. y. sistemos išvestis tampa didesnė nei pageidaujama) grįžtamasis ryšys sumažina klaidą, atnešdama V išeiti atgal link norimos vertės.
- Jeigu V išeiti sumažėja (t. y. sistemos išvestis yra mažesnė nei pageidaujama) grįžtamasis ryšys padidina klaidą, sukeliančią V išeiti atgal link norimos vertės.
5. Bendroji grįžtamojo ryšio lygtis : Bendroji šios sistemos grįžtamojo ryšio lygtis paprastai išreiškiama kaip
Ši lygtis susieja išvestį V išeiti į įvestį Vin ir grįžtamojo ryšio koeficientą β per stiprintuvo stiprinimą G. Rodo, kaip sistema naudoja neigiamą grįžtamąjį ryšį reguliuodama ir valdydama išėjimą, kad atitiktų norimą įvestį.
Neigiamo grįžtamojo ryšio perdavimo funkcija
Perdavimo funkcija apibrėžia lygtį, kuri parodo ryšį tarp įvesties ir išvesties. Tai mums nurodo, kaip įvesties pokyčiai veikia išvestį. Esant neigiamam grįžtamajam ryšiui, mes turime tarpinį signalą, pavaizduotą Z. Šis tarpinis signalas parodo skirtumą tarp išėjimo ir įvesties.
Už perdavimo funkcija neigiamo grįžtamojo ryšio lygtis, Z naudojama klaidos signalui arba pataisai, reikalingai priartinti sistemą prie norimos išvesties vertės, apskaičiuoti.
Toliau pateiktoje blokinėje diagramoje parodyta neigiamo grįžtamojo ryšio sistema. Naudodami šią diagramą galime apskaičiuoti neigiamo grįžtamojo ryšio sistemos perdavimo funkciją:
Neigiamo grįžtamojo ryšio sistemos išvestis yra lygi Y:
Neigiami atsiliepimai apie operacinius stiprintuvus
Esant neigiamam grįžtamojo ryšio konfigūracijai, dalis operacinės stiprintuvo išvesties (V) perduodama įvesties invertuojančiam (-) gnybtui. Šis išvesties signalas bus atimtas iš įvesties atskaitos. Tai padeda kontroliuoti ir stabilizuoti stiprintuvo stiprinimą.
Naudodami neigiamą grįžtamąjį ryšį operacinės stiprintuvo grandinėje, galite nustatyti norimą stiprinimo lygį išlaikant sistemos stabilumą. Neigiamas grįžtamasis ryšys sumažina operatyvinio stiprintuvo charakteristikų netiesiškumą, todėl jis veikia arčiau idealaus veikimo.
Neigiamo grįžtamojo ryšio operacinio stiprintuvo (operacinio stiprintuvo) grandinė sukurta naudojant operatyvinį stiprintuvą kaip centrinį komponentą. Operatyvinis stiprintuvas turi du įėjimus: vienas yra invertuojantis (-), o kitas - neinvertuojantis (+). Jis turi vieną išvesties gnybtą. Neigiamų grįžtamojo ryšio sistemai naudosime apverčiamąją operacinių stiprintuvų pusę.
Ši grandinė paprastai apima:
- Įvesties rezistorius (Rin), jungiantis vieną šaltinį su operatyvinio stiprintuvo invertuojančia (-) įvestimi.
- Grįžtamojo ryšio rezistorius (Rf), jungiantis operacinės sistemos stiprintuvo išvestį su invertuojančia (-) įvestimi.
- Ryšys su apkrova operacinės stiprintuvo išvestyje.
Padidėjimą galite rasti naudodami Rf ir Rin santykį. Šis neigiamas grįžtamasis ryšys stabilizuoja ir kontroliuoja operatyvinio stiprintuvo elgesį. Jis veikia sumažindamas įtampų skirtumą tarp dviejų invertuojančių ir neinvertuojančių įėjimų. Tai sukuria virtualų trumpąjį jungimą tarp jų. Dėl to op-amp koreguoja savo išėjimo įtampą, kad išlaikytų šią pusiausvyrą, todėl jis yra efektyvus stiprintuvas su kontroliuojamu stiprėjimu.
1 pavyzdys: uždarojo ciklo stiprinimo apskaičiavimas
Sistema turi 60 dB stiprinimą be grįžtamojo ryšio. Neigiamo grįžtamojo ryšio dalis yra 1/20, suraskite uždarojo ciklo stiprinimą (dB), pridėjus neigiamą grįžtamąjį ryšį.
Sprendimas:
Uždarojo ciklo stiprinimas su neigiamu grįžtamuoju ryšiu pateikiamas pagal formulę:
Šiuo atveju atvirojo ciklo stiprinimas yra 60 dB, o grįžtamojo ryšio dalis yra 1/20.
Taigi, kai grįžtamojo ryšio dalis yra 1/20, sistemos uždarojo ciklo stiprinimas bus 86,02 dB.
2 pavyzdys: Įtampos padidėjimo apskaičiavimas
Jei stiprintuvas iš pradžių turi 3000 įtampos padidėjimą (be grįžtamojo ryšio), o vėliau sudaro neigiamą įtampos grįžtamąjį ryšį, kurio grįžtamojo ryšio dalis mv = 0,01. Koks bus naujas stiprintuvo įtampos padidėjimas?
Sprendimas :
Norėdami apskaičiuoti stiprintuvo įtampos padidėjimą, galite naudoti stiprintuvo įtampos padidėjimo formulę su neigiamu įtampos grįžtamuoju ryšiu:
Aukščiau pateiktoje formulėje:
A f = Įtampos padidėjimas su grįžtamuoju ryšiu
A = Įtampos padidėjimas be grįžtamojo ryšio
mv = grįžtamojo ryšio dalis
Čia mes turime:
Įtampos padidėjimas be grįžtamojo ryšio (A) = 3000
Atsiliepimų dalis (mv) = 0,01
Dabar įdėkite šias reikšmes į formulę:
Taigi, stiprintuvo įtampos padidėjimas su neigiamu įtampos grįžtamuoju ryšiu yra maždaug 96,77.
3 pavyzdys: grįžtamojo ryšio varžų skaičiavimas
Nustatykite atitinkamas grįžtamojo ryšio varžų vertes, R 1 ir R 2 . Neinvertuojančią stiprintuvo grandinę turite stabilizuoti naudodami operacinį stiprintuvą, kurio atvirojo ciklo įtampos padidėjimas (AVOL) yra 220 000. Jūsų tikslinis uždarojo ciklo padidėjimas yra 40.
Sprendimas :
Bendra uždarojo ciklo grįžtamojo ryšio lygtis yra tokia:
Norėdami gauti grįžtamojo ryšio trupmeną β, pertvarkykite aukščiau pateiktą lygtį:
Šiuo atveju atvirojo ciklo stiprinimas yra per didelis. Taigi grįžtamojo ryšio dalis β bus apytiksliai lygi uždarojo ciklo stiprinimo 1/G atvirkštiniam koeficientui. Kadangi 1/A reikšmė per maža, apytiksliai lygi (0,025).
Aukščiau pateiktos konfigūracijos rezistoriai R1 ir R2 sudaro nuosekliosios įtampos potencialo daliklio grandinę. Uždarojo ciklo įtampos padidėjimą galite rasti taip:
Tarkime, kad R2 reikšmė yra 1000 Ω (1 kΩ). Tada R vertė 1 galima parašyti kaip
Taigi, neinvertuojamoje stiprintuvo grandinėje, kurios stiprinimas yra 40, turite pasirinkti R 1 39 kΩ ir R 2 1 kΩ.
Skirtumas tarp teigiamų ir neigiamų atsiliepimų sistemų
Skirtumą tarp teigiamų ir neigiamų grįžtamojo ryšio sistemų galite rasti toliau pateiktoje lentelėje:
| Atsiliepimų tipų skirtumai | Teigiami atsiliepimai | Neigiamas atsiliepimas |
|---|---|---|
| Apibrėžimas | Šiame atsiliepime pridedami atskaitos atsiliepimai ir įvesties signalai. | Šio tipo išėjimo grįžtamasis ryšys atimamas iš atskaitos įvesties. |
| Nomenklatūra | Teigiamas atsiliepimas arba regeneruojantis grįžtamasis ryšys. | Neigiamas atsiliepimas arba degeneracinis grįžtamasis ryšys. |
| Tikslas | Sustiprina arba padidina signalą. | Stabilizuoja arba reguliuoja signalą. |
| Poveikis sistemai | Gali sukelti nenuspėjamą elgesį ir svyravimus. | Skatina nuspėjamumą ir pastovų veikimą. |
| Gaukite kryptį | Padidina sistemos stiprinimą. | Sumažina sistemos pelną. |
| Naudojimas | Garso stiprintuvai ir atsipalaidavimo osciliatoriai. | Operaciniai stiprintuvai (Op-Amps), grįžtamojo ryšio valdymo sistemos. |
| Stabilumas | Dažnai sukelia nestabilumą. | Pagerina sistemos stabilumą. |
| Pavyzdžiui | Schmitt trigeriai ir šlepetės. | Įtampos stiprintuvai ir temperatūros reguliatoriai. |
Neigiamų atsiliepimų sistemos programos ir savybės
Neigiamo grįžtamojo ryšio sistemos turi daug pritaikymų bendrojoje elektronikoje. Šios sistemos pagerino sistemos nestabilumą, sistemos tiesiškumą, dažnio atsaką ir žingsninį atsaką. Dėl šių neigiamo grįžtamojo ryšio sistemų pranašumų daugelis elektronikos stiprintuvų grandinių turi neigiamo grįžtamojo ryšio sistemas.
Kai kurie išsamūs neigiamo grįžtamojo ryšio sistemų aprašymai pateikiami žemiau:
Stabilumas : neigiamo grįžtamojo ryšio sistema sumažina nukrypimus nuo norimo taško, todėl sistema yra stabilesnė. Pavyzdžiui, termostatas užtikrina, kad temperatūra būtų artima pasirinktai vertei.
Tikslumas: neigiamo grįžtamojo ryšio sistemos pagerina sistemos tikslumą sumažindamos klaidas. Stiprintuvo grandinėje neigiamas grįžtamasis ryšys sumažina iškraipymą ir išvestyje sukuria stabilesnį signalą.
Pralaidumo valdymas : Taip pat galite valdyti stiprintuvo pralaidumą neigiamo grįžtamojo ryšio sistemos pagalba. Dėl to jie tinka kelioms programoms. Šios programos apima garso stiprinimą iki radijo dažnio stiprinimo.
Triukšmo mažinimas : Neigiamas grįžtamasis ryšys gali sumažinti nepageidaujamą triukšmą ir trukdžius. Triukšmo mažinimas turi daugybę pritaikymų garso sistemų ir ryšio įrenginių srityje.
Dinaminis atsakas : neigiamo grįžtamojo ryšio sistemos turi dinaminio atsako galimybę. Šios sistemos gali prisitaikyti prie tam tikrų sąlygų. Dinaminio atsako pavyzdys yra automobilio pastovaus greičio palaikymo sistema.
Neigiamų atsiliepimų įtaka pralaidumui
Juostos plotis paaiškina pastovaus stiprinimo stiprintuvo veikimo dažnių diapazoną. Sistema su didesniu pralaidumu reiškia, kad stiprintuvas gali valdyti daugiau dažnių. Neigiamas grįžtamasis ryšys sumažina stiprintuvo stiprinimą, suteikiant išėjimą įvesties pusėje. Tai pagerina sistemos stabilumą ir tiesiškumą, bet dėl to taip pat sumažina sistemos stiprinimą.
The neigiamo grįžtamojo ryšio poveikis pralaidumui priklauso nuo taikomo grįžtamojo ryšio tipo ir kiekio. Paprastai neigiamas grįžtamasis ryšys padidina pralaidumą sumažindamas sistemos stiprinimą. Stiprinimo dažnių juostos pločio produktas, kuris yra stiprintuvo veikimo matas, išlieka pastovus, nepaisant grįžtamojo ryšio.
Pavyzdžiui , apsvarstykite stiprintuvo grandinę be grįžtamojo ryšio, kuri padidintų 100 ir 10 kHz dažnių juostos plotį. Taikant neigiamą grįžtamąjį ryšį, kad padidinimas būtų sumažintas iki 10. Tai padidins pralaidumą iki 100 kHz. Abiem atvejais stiprinimo dažnių juostos pločio produktas vis dar yra 100 × 10 kHz = 1 MHz.
Tačiau neigiamas grįžtamasis ryšys taip pat turi įtakos stiprintuvo ribiniams dažniams. Tai yra dažniai, kuriais sistema sumažina didžiausią vertę. Neigiamas grįžtamasis ryšys sumažina ribinį dažnį ir padidina viršutinį ribinį dažnį. Tai padidins stiprintuvo dažnio atsako kreivę. Grynasis neigiamo grįžtamojo ryšio poveikis pralaidumui yra pralaidumo mainai.
Tai reiškia, kad taikant neigiamą grįžtamąjį ryšį padidės dažnių diapazonas, kurį gali valdyti stiprintuvas. Tačiau visa tai kainuoja sumažinus stiprinimo koeficientą.
Išvada
Neigiamo grįžtamojo ryšio sistema gali valdyti arba reguliuoti išvestį, pateikdama dalį išvesties įvesties pusėje. Šis grįžtamasis ryšys sukuria klaidos signalą, kuris suteiks jums stabilesnę sistemą. Šis klaidos signalas yra dinamiškas ir valdo visą sistemą. Neigiamo grįžtamojo ryšio sistema gali pagerinti sistemos tikslumą ir taip pat valdyti pralaidumą. Ši grįžtamojo ryšio sistema naudojama stiprintuvų grandinėse, tokiose kaip triukšmo slopinimas arba automobilio pastovaus greičio palaikymo sistemos. Skaitykite daugiau apie išsamų neigiamų atsiliepimų aprašymą šiame straipsnyje.