Atgriezeniskās saites sistēmai ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar parastajām sistēmām. Tas palīdz uzlabot ķēdes izejas pastiprinājumu un palielina ķēdes lineāro reakciju. Tas arī samazina signāla izkropļojumu iespējamību, kas rodas galvenokārt trokšņa signālu dēļ.
Atgriezeniskās saites sistēmas galvenokārt izmanto pastiprinātāju shēmās, uz izvadi balstītās vadības sistēmās un oscilatoru shēmās. Atsauksmju sistēmām ir divu veidu: Pozitīvi atsauksmes un Negatīvs atsauksmes. Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta pēdējam atsauksmju veidam.
Īss izklāsts:
- Kas ir negatīvo atsauksmju sistēma elektronikā
- Negatīvās atsauksmes ķēde
- Negatīvas atsauksmes pārsūtīšanas funkcija
- Negatīvas atsauksmes par darbības pastiprinātājiem
- 1. piemērs
- 2. piemērs
- 3. piemērs
- Atšķirība starp pozitīvās un negatīvās atsauksmes sistēmām
- Negatīvo atsauksmju sistēmas pielietojumi un īpašības
- Negatīvās atsauksmes ietekme uz joslas platumu
- Secinājums
Kas ir negatīvo atsauksmju sistēma elektronikā
Negatīvā atgriezeniskā saite elektriskajā ķēdē ir vadības mehānisms, kas stabilizē un regulē elektriskās ķēdes darbības. Ķēdes ar integrētām negatīvās atgriezeniskās saites sistēmām ņem izejas signālu un nodod to ieejai kā a fāzes opozīcijas (apgriezts) signāls . Šī atgriezeniskās saites sistēma samazina jebkādas novirzes vai kļūdas izejas signālos.
Negatīvas atsauksmes tiek sauktas arī par deģeneratīvas atsauksmes . Negatīvās atgriezeniskās saites gadījumā izejas signāls, kas nāk kā atgriezeniskā saite, tiek atņemts no ieejas atsauces signāla. Izvades rezultāts ir kļūda, kas pazīstama kā atgriezeniskās saites iegūšana . Šis kļūdas signāls, kas ģenerēts pēc atņemšanas, attiecīgi mainīs sistēmas reakciju. Ja sistēmas pastiprinājums ir pozitīvs, atgriezeniskās saites signāls, kas nāk no izejas, ir jāatņem no ieejas atsauces signāla, lai atgriezeniskā saite būtu negatīva.
Kad negatīvas atsauksmes ir atņemts no atsauces ievades, tas padara sistēmu stabilāku. Pieņemsim, ka pastāv sistēma, kas parāda neparastu uzvedību — lai novērstu šīs izmaiņas, sistēma ģenerēs izejas signālu. Šis izejas vai atgriezeniskās saites signāls neitralizē ievades signālu, attiecīgi modificējot ievadi, lai visa sistēma darbotos efektīvi.
Negatīvās atsauksmes ķēde
Negatīvās atgriezeniskās saites ķēde ir parādīta zemāk esošajā attēlā. Šeit jūs varat redzēt, ka izejas signāls tiek atgriezts ieejas pusē kā atgriezeniskā saite. Ievades pusē tiek ģenerēta atšķirība starp atsauces signālu un atgriezeniskās saites signāla starpību, kas pēc tam virza sistēmu tālāk.
1. Sastāvdaļas : ķēde sastāv no diviem galvenajiem komponentiem:
- Pastiprinātājs ar pastiprinājumu G.
- Atgriezeniskā saite ar atgriezeniskās saites koeficientu β.
Ieejas signāls ir V iekšā un pastiprinātāja izeja ir V ārā .
2. Summēšanas krustojums : Pastiprinātāja ieejā ir summēšanas krustojums (bieži attēlots ar apli ar mīnusa zīmi iekšpusē). Šis krustojums atņems atgriezeniskās saites signālu no atsauces ieejas. Atņemtā daļa ir atgriezeniskās saites koeficienta β un izejas Vout reizinājums, tāpēc kļūdas signāls ir V iekšā – bV ārā .
3. Atgriezeniskās saites cilpa : Šis kļūdas signāls (V iekšā – bV ārā ) ir tas, kas vada sistēmu. Tas atspoguļo atšķirību starp vēlamo ievadi V iekšā un faktiskā produkcija V ārā mērogots pēc atgriezeniskās saites koeficienta β.
4. Negatīvās atsauksmes : Galvenais jēdziens šeit ir negatīvas atsauksmes. Kad izeja V ārā izmaiņas jebkādu traucējumu vai ieejas V izmaiņu dēļ iekšā kļūdas signāls (Vin – βV ārā ) tiek izveidots. Aprēķināto kļūdas signālu pastiprinās pastiprinātājs ar pastiprinājumu G un ievadīs atpakaļ summēšanas krustojumā. Svarīgi, ka šīs atsauksmes ir negatīvas, jo tās tiek atņemtas no ievades.
- Ja V ārā palielinās (t.i., sistēmas izvade kļūst augstāka par vēlamo), atgriezeniskā saite samazina kļūdu, kas rada V ārā atpakaļ uz vēlamo vērtību.
- Ja V ārā samazinās (t.i., sistēmas izvade kļūst zemāka par vēlamo) atgriezeniskā saite palielina kļūdu V ārā atpakaļ uz vēlamo vērtību.
5. Vispārējās atsauksmes vienādojums : šīs sistēmas vispārīgo atgriezeniskās saites vienādojumu parasti izsaka kā
Šis vienādojums attiecas uz izvadi V ārā uz ieeju Vin un atgriezeniskās saites koeficientu β caur pastiprinātāja pastiprinājumu G. Tas parāda, kā sistēma izmanto negatīvu atgriezenisko saiti, lai regulētu un kontrolētu izeju, lai tā atbilstu vēlamajai ieejai.
Negatīvas atsauksmes pārsūtīšanas funkcija
Pārsūtīšanas funkcija definē vienādojumu, kas atspoguļo attiecības starp ievadi un izvadi. Tas parāda, kā izmaiņas ievadē ietekmē izvadi. Negatīvās atgriezeniskās saites gadījumā mums ir starpsignāls, ko attēlo Z. Šis starpsignāls atspoguļo atšķirību starp izeju un ieeju.
Priekš pārsūtīšanas funkcija Negatīvās atgriezeniskās saites vienādojums, Z tiek izmantots, lai aprēķinātu kļūdas signālu vai korekciju, kas nepieciešama, lai tuvinātu sistēmu vēlamajai izejas vērtībai.
Sekojošā blokshēma parāda negatīvās atgriezeniskās saites sistēmu. Izmantojot šo diagrammu, mēs varam aprēķināt pārsūtīšanas funkciju negatīvas atgriezeniskās saites sistēmai:
Negatīvās atgriezeniskās saites sistēmas izvade ir vienāda ar Y:
Negatīvas atsauksmes par darbības pastiprinātājiem
Negatīvās atgriezeniskās saites konfigurācijā daļa no operētājsistēmas pastiprinātāja izejas (V) tiek nodota ieejas invertējošajam (-) terminālim. Šis izejas signāls tiks atņemts no ieejas atsauces. Tas palīdz kontrolēt un stabilizēt pastiprinātāja pastiprinājumu.
Izmantojot negatīvo atgriezenisko saiti operētājsistēmas pastiprinātāja shēmā, varat iestatīt vēlamo pastiprinājuma līmeni, vienlaikus saglabājot sistēmas stabilitāti. Negatīva atgriezeniskā saite samazina op-amp raksturlielumu nelinearitāti, padarot to tuvāk ideālai darbībai.
Negatīvās atgriezeniskās saites darbības pastiprinātāja (operācijas pastiprinātāja) ķēde ir izstrādāta, izmantojot darbības pastiprinātāju kā centrālo komponentu. Operatīvajam pastiprinātājam ir divas ieejas: viena ir invertējoša (-), bet otra neinvertējoša (+). Tam ir viens izejas terminālis. Negatīvās atgriezeniskās saites sistēmai mēs izmantosim darbības pastiprinātāju apgriežamo pusi.
Šajā shēmā parasti ietilpst:
- Ievades rezistors (Rin), kas savieno vienu avotu ar operētājsistēmas pastiprinātāja invertējošo (-) ieeju.
- Atgriezeniskās saites rezistors (Rf), kas savieno operētājsistēmas pastiprinātāja izeju ar invertējošo (-) ieeju.
- Savienojums ar slodzi operētājsistēmas pastiprinātāja izejā.
Ieguvumu var atrast, izmantojot Rf un Rin attiecību. Šī negatīvā atgriezeniskā saite stabilizē un kontrolē operētājsistēmas pastiprinātāja darbību. Tas darbojas, samazinot spriegumu atšķirību starp divām invertējošām un neinvertējošām ieejām. Tas starp tiem rada virtuālu īssavienojumu. Tā rezultātā op-amp pielāgo savu izejas spriegumu, lai saglabātu šo līdzsvaru, padarot to par efektīvu pastiprinātāju ar kontrolētu pastiprinājumu.
1. piemērs: Slēgtā cikla pastiprinājuma aprēķināšana
Sistēmai ir 60 dB pastiprinājums bez atgriezeniskās saites. Negatīvās atgriezeniskās saites daļa ir 1/20, atrodiet slēgtā cikla pastiprinājumu (dB), pievienojot negatīvo atgriezenisko saiti.
Risinājums:
Slēgtā cikla pastiprinājumu ar negatīvu atgriezenisko saiti nosaka pēc formulas:
Šajā gadījumā atvērtā cikla pastiprinājums ir 60 dB, un atgriezeniskās saites daļa ir 1/20.
Tātad, ar atgriezeniskās saites daļu 1/20, sistēmas slēgtā cikla pastiprinājums būs 86,02 dB.
2. piemērs: Sprieguma pieauguma aprēķināšana
Ja pastiprinātājam sākotnēji ir sprieguma pastiprinājums 3000 (bez atgriezeniskās saites), un pēc tam tajā ir negatīva sprieguma atgriezeniskā saite ar atgriezeniskās saites daļu mv = 0,01. Kāds būs pastiprinātāja jaunais sprieguma pieaugums?
Risinājums :
Varat izmantot pastiprinātāja sprieguma pieauguma formulu ar negatīvu sprieguma atgriezenisko saiti — lai aprēķinātu pastiprinātāja sprieguma pieaugumu:
Iepriekš minētajā formulā:
A f = Sprieguma pieaugums ar atgriezenisko saiti
A = Sprieguma pieaugums bez atgriezeniskās saites
mv = Atsauksmes daļa
Šeit mums ir:
Sprieguma pieaugums bez atgriezeniskās saites (A) = 3000
Atsauksmes daļa (mv) = 0,01
Tagad ievietojiet šīs vērtības formulā:
Tātad pastiprinātāja sprieguma pieaugums ar negatīvu sprieguma atgriezenisko saiti ir aptuveni 96,77.
3. piemērs: atgriezeniskās saites pretestības aprēķināšana
Nosakiet atbilstošās atgriezeniskās saites pretestības vērtības, R 1 un R 2 . Jums ir jāstabilizē neinvertējošā pastiprinātāja ķēde, izmantojot darbības pastiprinātāju ar atvērtās cilpas sprieguma pastiprinājumu (AVOL) 220 000. Jūsu mērķa slēgtā cikla pastiprinājums ir 40.
Risinājums :
Vispārējs slēgtā cikla atgriezeniskās saites vienādojums ir:
Lai iegūtu atgriezeniskās saites daļu β, pārkārtojiet iepriekš minēto vienādojumu:
Šajā gadījumā atvērtās cilpas pastiprinājums ir pārāk augsts. Tātad atgriezeniskās saites daļa β būs aptuveni vienāda ar slēgtā cikla pastiprinājuma apgriezto vērtību 1/G. Tā kā 1/A vērtība ir pārāk maza, aptuveni vienāda ar (0,025).
Rezistori R1 un R2 iepriekš minētajā konfigurācijā veido virknes sprieguma potenciāla dalītāja ķēdi. Slēgtā cikla sprieguma pieaugumu var atrast šādi:
Pieņemsim, ka R2 vērtība ir 1000 Ω (1 kΩ). Tad R vērtība 1 var rakstīt kā
Tātad neinvertējošai pastiprinātāja ķēdei ar pastiprinājumu 40, jums ir jāizvēlas R 1 39 kΩ un R 2 no 1 kΩ.
Atšķirība starp pozitīvās un negatīvās atsauksmes sistēmām
Jūs varat atrast atšķirību starp pozitīvās un negatīvās atgriezeniskās saites sistēmām zemāk dotajā tabulā:
| Atsauksmju veidu atšķirības | Pozitīvas atsauksmes | Negatīvās atsauksmes |
|---|---|---|
| Definīcija | Šajā atsauksmē tiek pievienotas atsauces atsauksmes un ievades signāli. | Šādā veidā izejas atgriezeniskā saite tiek atņemta no atsauces ievades. |
| Nomenklatūra | Pozitīvas atsauksmes vai atjaunojošas atsauksmes. | Negatīvas atsauksmes vai deģeneratīvas atsauksmes. |
| Mērķis | Pastiprina vai palielina signālu. | Stabilizē vai regulē signālu. |
| Ietekme uz sistēmu | Var izraisīt neparedzamu uzvedību un svārstības. | Veicina paredzamību un stabila stāvokļa darbību. |
| Iegūstiet virzienu | Palielina sistēmas pieaugumu. | Samazina sistēmas ieguvumu. |
| Lietošana | Audio pastiprinātāji un relaksācijas oscilatori. | Operacionālie pastiprinātāji (Op-Amps), atgriezeniskās saites vadības sistēmas. |
| Stabilitāte | Bieži noved pie nestabilitātes. | Uzlabo sistēmas stabilitāti. |
| Piemēram | Šmita trigeri un flip-flops. | Sprieguma pastiprinātāji un temperatūras regulatori. |
Negatīvo atsauksmju sistēmas pielietojumi un īpašības
Negatīvās atgriezeniskās saites sistēmām ir daudz pielietojumu vispārējā elektronikā. Šīs sistēmas uzlaboja sistēmas nestabilitāti, sistēmas linearitāti, frekvences reakciju un soļu reakciju. Pateicoties šīm negatīvās atgriezeniskās saites sistēmu priekšrocībām, daudzām elektronikas pastiprinātāju shēmām ir negatīvas atgriezeniskās saites sistēmas.
Tālāk ir sniegti daži detalizēti negatīvās atgriezeniskās saites sistēmu apraksti:
Stabilitāte : Negatīvās atgriezeniskās saites sistēma samazina novirzes no vēlamā punkta, kā rezultātā sistēma ir stabilāka. Piemēram, termostats nodrošina, ka temperatūra saglabājas tuvu izvēlētajai vērtībai.
Precizitāte: negatīvas atgriezeniskās saites sistēmas uzlabo sistēmas precizitāti, samazinot kļūdas. Pastiprinātāja ķēdē negatīvā atgriezeniskā saite samazina kropļojumus un rada stabilāku signālu izejā.
Joslas platuma kontrole : Jūs varat arī kontrolēt pastiprinātāja joslas platumu ar negatīvas atgriezeniskās saites sistēmas palīdzību. Tas padara tos piemērotus vairākiem lietojumiem. Šīs lietojumprogrammas ietver audio pastiprināšanu līdz radiofrekvenču pastiprināšanai.
Trokšņa samazināšana : negatīvas atsauksmes var samazināt nevēlamu troksni un traucējumus. Trokšņu samazināšanai ir vairāki pielietojumi audio sistēmu un sakaru ierīču jomā.
Dinamiskā atbilde : Negatīvās atgriezeniskās saites sistēmām ir dinamiskas reakcijas iespēja. Šīs sistēmas var pielāgot atbilstoši dotajiem apstākļiem. Dinamiskās reakcijas piemērs ietver automašīnas kruīza kontroles sistēmu.
Negatīvās atsauksmes ietekme uz joslas platumu
Joslas platums izskaidro darbības frekvenču diapazonu pastiprinātājam ar pastāvīgu pastiprinājumu. Sistēma ar lielāku joslas platumu nozīmē, ka pastiprinātājs var apstrādāt vairāk frekvenču. Negatīvā atgriezeniskā saite samazina pastiprinātāja pastiprinājumu, dodot izeju ieejas pusē. Tas uzlabo sistēmas stabilitāti un linearitāti, bet rezultātā arī samazina sistēmas pieaugumu.
The negatīvās atgriezeniskās saites ietekme uz joslas platumu ir atkarīgs no izmantotās atsauksmes veida un apjoma. Parasti negatīva atgriezeniskā saite palielina joslas platumu, samazinot sistēmas pastiprinājumu. Pastiprinājuma joslas platuma produkts, kas ir pastiprinātāja veiktspējas mērs, paliek nemainīgs neatkarīgi no atgriezeniskās saites.
Piemēram , apsveriet pastiprinātāja ķēdi bez atgriezeniskās saites, kuras joslas platums ir 100 un 10 kHz. Lietojot negatīvu atgriezenisko saiti, lai samazinātu pastiprinājumu līdz 10. Tas palielinās joslas platumu līdz 100 kHz. Pastiprinājuma joslas platuma produkts abos gadījumos joprojām ir 100 × 10 kHz = 1 MHz.
Tomēr negatīvā atgriezeniskā saite ietekmē arī pastiprinātāja izslēgšanas frekvences. Šīs ir frekvences, kurās sistēma gūst kritumus no maksimālās vērtības. Negatīva atgriezeniskā saite samazina izslēgšanas frekvenci un paaugstina augšējo izslēgšanas frekvenci. Tas novedīs pie pastiprinātāja frekvences reakcijas līknes paplašināšanās. Negatīvās atgriezeniskās saites tīrā ietekme uz joslas platumu ir peļņas maiņa pret joslas platumu.
Tas nozīmē, ka negatīvas atgriezeniskās saites izmantošana palielinās frekvenču diapazonu, ko pastiprinātājs var apstrādāt. Bet tas viss notiek uz tā pastiprināšanas koeficienta samazināšanas rēķina.
Secinājums
Negatīvās atgriezeniskās saites sistēma var kontrolēt vai pielāgot izvadi, apkalpojot daļu no izvades ieejas pusē. Šī atgriezeniskā saite rada kļūdas signālu, kas nodrošinās jums stabilāku sistēmu. Šis kļūdas signāls ir dinamisks un virza visu sistēmu. Negatīvās atgriezeniskās saites sistēma var uzlabot sistēmas precizitāti un arī kontrolēt joslas platumu. Šo atgriezeniskās saites sistēmu izmanto pastiprinātāju shēmās, piemēram, trokšņu slāpēšanas vai automašīnu kruīza kontroles sistēmās. Plašāku negatīvo atsauksmju aprakstu lasiet šajā rakstā.