Обратная связь. Часть 1. Виды обратной связи

Как я уже говорил в одном из предыдущих постов я начал публиковать цикл статей об операционных усилителях. В прошлой статье я рассмотрел две основные схемы включения (инвертирующую и неинвертирующую) и некоторые схемы с применением операционных усилителей. В данной статье я буду рассматривать такую тему как обратная связь.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Зачем нужна обратная связь

В отличие от идеальных операционных усилителей (ОУ), имеющих равномерную АЧХ, то есть их коэффициент усиления не изменяется в зависимости от частоты входного сигнала, реальные ОУ имеют коэффициент усиления, который с ростом частоты усиливаемого сигнала уменьшается. Кроме того в ОУ с увеличением частоты сигнала происходит фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом, вследствие этого на некоторых частотах усиливаемого сигнала происходит самовозбуждение схемы, то есть усилитель превращается в генератор. Это всё приводит к уменьшению качественных показателей электронных схем.

Одним из наиболее распространённых и эффективных способов влияния на качественные параметры электронных схем с ОУ является применение обратной связи (ОС). Стоит отметить, что ОС широко применяется не только с ОУ, но и со многими другими электронными схемами, поэтому всё, что будет сказано про использование ОС с ОУ, относится и ко всем другим схемам с ОС.

Обратная связь определяется, как связь выходной цепи усилителя с его входной цепью, то есть когда усиленный сигнал с выхода усилителя передается на его вход через цепи, которые специально вводятся для этой цели (внешняя ОС) или через цепи, которые имеются в усилителе для выполнения других функций (внутренняя ОС). На рисунке ниже показана структурная схема усилителя с обратной связью

Структурная схема усилителя с обратной связью.

На рисунке выше показана структурная схема усилителя с коэффициентом усиления К, который охвачен внешней цепью ОС с коэффициентом передачи β. Стрелки на схеме показывают направление прохождения сигнала. Таким образом, часть усиленного сигнала с выхода усилителя поступает через цепь ОС на вход усилителя, где складывается с внешним сигналом. В результате на входе усилителя возникает суммарный входной сигнал, который может быть больше или меньше внешнего сигнала.

Виды обратной связи

Если сумма амплитуд внешнего сигнала и сигнала цепи обратной связи оказывается больше амплитуды внешнего сигнала, то данная цепь ОС называется положительной обратной связью (ПОС), а в случае если сумма амплитуд внешнего сигнала и сигнала цепи обратной связи оказывается меньше амплитуды внешнего сигнала, то такая ОС называется отрицательной обратной связью (ООС).

Путём введения ОС удаётся достаточно сильно изменить процесс работы и свойства усилителя, которые определяются как свойством усилителя, так и свойством цепи ОС. На свойства цепи ОС существенное влияние оказывает её вид, то есть принцип её действия, зависящий в общем случае от полярности и фазы напряжения ОС, а также способа её соединения с входными и выходными цепями усилителя.

Различают четыре вида обратных связей:

1. параллельная обратная связь по напряжению.
2. параллельная обратная связь по току.
3. последовательная обратная связь по напряжению.
4. последовательная обратная связь по току.

Кроме того существует также смешанная обратная связь, но из-за сложности в изготовлении и настройке данный вид обратной связи большого распространения не получил.

Рассмотрим, как образуется каждый вид обратной связи.

Параллельная обратная связь по напряжению

Параллельная обратная связь по напряжению образуется подключением входа цепи ОС параллельно сопротивлению нагрузки R_H, а выход цепи ОС – параллельно входу усилителя.

Структурная схема параллельной обратной связи по напряжению.

Таким образом, входное напряжение цепи ОС U_СВ равно выходному напряжению на нагрузке U_Н, а выходное напряжение цепи ОС U_ОС пропорционально сумме токов входного сигнала I_СИГ и цепи ОС I_OC на общем входном сопротивлении усилительной схемы.

То есть данная ОС образуется при параллельном соединении входа и выхода усилителя через цепь ОС. Данный вид ОС характеризуется тем, что действие ОС уменьшается при уменьшении сопротивления нагрузки и источника сигнала, а при коротком замыкании входа или выхода действие данного вида ОС прекращается.

Параллельная обратная связь по току

Параллельная обратная связь по току образуется подключением входа цепи ОС параллельно резистору R_T, а выход цепи ОС подключён параллельно входу усилителя.

Структурная схема параллельной обратной связи по току.

Данный вид ОС характеризуется следующими параметрами: входное напряжение ОС U_OC пропорционально выходному току усилителя протекающего через резисторы R_T и R_H, а выходное напряжение цепи ОС U_ОС пропорционально сумме токов входного сигнала I_СИГ и цепи ОС I_OC на общем входном сопротивлении усилительной схемы.

Действие данного вида ОС уменьшается при уменьшении сопротивления источника сигнала, входного сопротивления усилителя, а также при уменьшении сопротивления резистора R_T или увеличении сопротивления нагрузки. То есть при коротком замыкании на входе схемы и отсутствии нагрузки данная ОС не действует.

Последовательная обратная связь по напряжению

Последовательная обратная связь по напряжению образуется подключением входа цепи ОС параллельно сопротивлению нагрузки R_H, а выхода цепи ОС – последовательно с входом усилителя.

Структурная схема усилителя с последовательной цепью ОС по напряжению.

В последовательной обратной связи по напряжению входное напряжение U_СВ равно выходному напряжению на нагрузке U_Н. В тоже время сумма выходного напряжения цепи ОС U_ОС и напряжения источника сигнала U_СИГ равна входному напряжению усилителя U_ВХ.

Таким образом, последовательная ОС по напряжению уменьшает своё действие при увеличении сопротивлению источника сигнала и уменьшении сопротивления нагрузки и выходного сопротивления усилителя. В случае, когда на выходе короткое замыкание, а также в режиме холостого хода на входе данный вид ОС перестаёт действовать.

Последовательная обратная связь по току

Последовательная обратная связь по току образуется путём подключения входа цепи ОС параллельно резистору R_T, а выход цепи ОС подключен последовательно с источником сигнала и входом усилителя.

Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по току.

Последовательная обратная связь по току имеет следующие характеристики. Входное напряжение цепи ОС U_CB пропорционально выходному току усилителя I_CB, который протекает через резисторы R_H, R_T и R_ВЫХ, а выходное напряжение цепи ОС U_ОС совместно с напряжением источника сигнала U_СИГ составляет входное напряжение усилителя U_ВХ.

Из вышеизложенного следует, что при уменьшении сопротивлений R_H, R_T и R_ВЫХ, а также при увеличении входного сопротивления усилителя и источника сигнала действие последовательной ОС по току уменьшается. А при отсутствии нагрузки и холостом ходу на входе схемы данный вид ОС сводится к нулю.

Данная статья не может вместить все сведении об обратной связи, поэтому в ней рассмотрены только схемы различных видов обратных связей. О влиянии ОС на параметры усилительных устройств будет рассказано в следующей статье.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБЫВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

Что такое обратная связь? Доступное объяснение простыми словами / Справочник :: Бингоскул

Что такое обратная связь? Доступное объяснение простыми словами

добавить в закладки удалить из закладок

Содержание:

Для эффективного управления с объектом необходимо поддерживать обратную связь. Без неё невозможно своевременно реагировать на изменения его состояния, среды, в которой тот находится, а значит, качество управления или работы системы будет снижаться. Разберёмся, что такое обратная связь простыми словами. Рассмотрим её виды и примеры в жизни.

Что называется обратной связью

Большинство систем, где нет «общения» между входящей и выходящей информацией, обречены на крах. Под термином обратная связь (ОС) и скрывается это взаимодействие. Это, в общем случае, отклик, ответная реакция, отзыв объекта на воздействие со стороны субъекта управления. Явление применимо к процессам, протекающим в обществе, живых системах и организмах, технике.

В электронике, электротехнике, механике под ОС понимают процесс, вследствие которого результат работы системы или звена влияет на основные показатели, необходимые для её функционирования. Для оказания воздействия на выходящий сигнал на вход структуры подаётся пропорциональный ему входящий сигнал (его функция) для управления динамикой работы устройства, объекта.

Обратная связь в управлении – это способ повышения его эффективности, снижения вектора ошибки, удерживания параметров системы в допустимых пределах. Это мощный инструмент для улучшения коммуникации между руководством и наёмным персоналом, рабочими и клиентами. Позволяет заметно повысить качество взаимодействия между людьми, отдачу от проделываемой работы.

Виды и примеры обратной связи

Различают два вида ОС. Это:

• Положительная обратная связь (ПОС) – обратный сигнал (на выходе системы) и входящий находятся в одной фазе.


• Отрицательная обратная связь (ООС) – выходящий и входящий сигналы находятся в противофазе или обладают обратной полярностью.

При организации ПОС изменение информации на выходе системы меняет поступающий на вход сигнал так, что он с каждым циклом всё более отклоняется от исходной величины. Такая организация ОС ускоряет ответную реакцию на изменения информации на входе системы. Позволяет быстро реагировать на динамику процессов во внешней среде. Особенность решения – снижение устойчивости системы.

Примеры: триггеры, попадание звука с динамика в микрофон – образование звуковой петли, лактация, температурный разгон: протекание процессов с выделением тепла, которые приводят к ещё большему росту температуры.

ООС препятствует искажению информации на выходе системы, повышает её стабильность по отношению к внешним условиям. Отрицательная обратная связь снижает воздействие входной информации на функционирование системы. При полной компенсации (глушении) входного сигнала система превращается в регулятор, при частичном – повышается её стабильность.

Примеры: операционные усилители, регуляция гормонов, уровня сахара и прочих веществ в организме, удержание цен на определённом уровне.

Поделитесь в социальных сетях:

19 ноября 2021, 15:10

Информатика

Could not load xLike class!

Что такое обратная связь?

19 сентября 2016 г. Джанет Хит

Обратная связь — это термин, описывающий сравнение фактического выхода системы с желаемым выходом и корректировку фактического выхода для получения желаемого конечного результата. Например, нервная система человека обеспечивает постоянную обратную связь с мозгом, особенно когда ощущается боль, чтобы избежать дальнейших телесных повреждений.

В электронике обратная связь определяется как процесс возврата части выходного сигнала схемы или устройства обратно на вход этой схемы или устройства.

Системы обратной связи широко используются в схемах усилителей, генераторов, систем управления технологическими процессами и во многих других областях. Преимущества системы с обратной связью включают возможность точного управления усилением (например, усиление сигнала в операционном усилителе), улучшение линейной характеристики, уменьшение искажения сигнала и контроль флуктуаций сигнала. Обратная связь иногда называется системой «замкнутого контура». Это означает, что выходной сигнал подключается к входу устройства или системы, образуя «петлю». Противоположностью замкнутому контуру или контуру обратной связи является система «разомкнутого контура», в которой нет обратной связи и, следовательно, корректирующих действий, основанных на выходном сигнале или происходящем в данный момент.

В системах управления желаемым результатом является либо увеличение входа (положительная или регенеративная обратная связь), либо уменьшение входа (отрицательная или дегенеративная обратная связь). В системах управления с положительной обратной связью положительная обратная связь находится в фазе с входом, что увеличивает выходной сигнал, т. е. приводит к усилению системы. Первым использованием положительной обратной связи были регенеративные схемы, изобретенные в 1914 году для усиления и приема очень слабых радиосигналов. Эти схемы позволяли усиливать радиосигналы до 100 000 раз за один этап, хотя ранние схемы имели тенденцию быть нестабильными и колебаться. Сегодня положительная обратная связь в основном используется в электронных генераторах для увеличения усиления и узкой полосы пропускания. Положительный отзыв

добавляет к сигналу, который нуждается в исправлении, на основе выходных данных. Одним из примеров является радиатор с клапаном горячей воды и термостатом. Если температура в помещении становится слишком низкой, клапан должен увеличить количество горячей воды на радиатор, чтобы вернуть температуру на комфортный уровень. Здесь отношение входного сигнала к выходному сигналу (клапану) обратное, и поэтому, если клапан естественно закрыт или нормально закрыт, увеличение амплитуды сигнала на клапан обеспечивает больше энергии для дальнейшего открытия горячего клапана. водяной клапан и обогревать помещение. Термостат – это механизм обратной связи, а температура в помещении – это обратная связь. В разомкнутой системе клапан ни к чему не подключен.

В системах с отрицательной обратной связью отрицательная обратная связь не совпадает по фазе со входом, что уменьшает сигнал, уменьшая выход. Если мы применим здесь пример с радиатором горячей воды, и на этот раз клапан нормально открыт в обесточенном состоянии, то меньшее напряжение, приложенное к клапану, заставит клапан открыться больше. В дополнение к теории управления, нормально открытый клапан горячей воды будет означать, что, когда температура будет удовлетворена, на клапан будет подано максимальное напряжение, так что радиатор больше не будет нагревать комнату.

Отрицательная обратная связь является наиболее распространенной формой управления с обратной связью, используемой во всех типах систем. Электронные устройства по своей природе нелинейны, но их можно сделать более линейными с помощью отрицательной обратной связи. Усилитель с отрицательной обратной связью был изобретен в 1927 году Гарольдом Блэком во время работы в Bell Labs. Белл использовал свое изобретение, чтобы уменьшить перегруженность телефонных линий и расширить сеть дальней связи. Отрицательная обратная связь позже использовалась военными для разработки точных систем управления огнем во время Второй мировой войны. Более позднее использование включало операционные усилители (операционные усилители) и точные звуковые генераторы с переменной частотой.

Операционные усилители могут включать или не включать внешний контур обратной связи , в зависимости от того, для какой функции он настроен, но если внешняя обратная связь недоступна, скорее всего, она настроена на заданное значение во встроенной микросхеме. Внешняя обратная связь позволяет разработчику настраивать i

Рубрики: Аналоговые ИС, Часто задаваемые вопросы, Эксперты отрасли С тегами: основы, Часто задаваемые вопросы

Обратная связь усилителя — Усилители — Основы электроники

Усилители

Возможно, вы были рядом с системой громкой связи, когда визг или из динамика слышен высокий звук. Кто-то откажется громкости, и шум прекратится. Этот шум свидетельствует о том, что усилитель (по крайней мере, один каскад усиления) начал колебаться. Колебание вызвано отправкой небольшой части сигнала с выхода усилителя обратно на вход усилителя. Этот сигнал усиливается и снова отправляется обратно на вход, где он снова усиливается. Этот процесс продолжается и в результате громкий шум из динамика. Процесс отправки детали выходного сигнала усилителя обратно на вход усилителя позвонил

обратная связь .

В усилителях есть два типа обратной связи. Они положительных обратная связь , также называемая регенеративная обратная связь и отрицательная обратная связь , также называемая дегенеративной обратной связью . Разница между эти два типа, является ли сигнал обратной связи в фазе или не в фазе с входным сигналом.

Положительная обратная связь возникает, когда сигнал обратной связи находится в фазе с входным. сигнал. На рисунке ниже показана блок-схема усилителя с положительным обратная связь.

Обратите внимание, что сигнал обратной связи находится в фазе с входным сигналом. Это означает, что сигнал обратной связи добавит или «регенерирует» входной сигнал. сигнал. В результате получается выходной сигнал с большей амплитудой, чем мог бы быть. без обратной связи. Этот тип обратной связи вызывает у публики адресную систему пищать как описано выше.

Положительная обратная связь в усилителе.

На рисунке ниже представлена ​​блок-схема усилителя с отрицательной обратной связью. В В этом случае сигнал обратной связи не совпадает по фазе с входным сигналом. Это означает, что сигнал обратной связи будет вычитать или «вырождать» сигнал. входной сигнал. Это приводит к более низкой амплитуде выходного сигнала, чем происходить без обратной связи.

Отрицательная обратная связь в усилителе.

Иногда в усилителе возникает нежелательная обратная связь. Бывает на высоких частотах и ​​ограничивает высокочастотную характеристику усилителя. Нежелательная обратная связь также возникает в результате использования некоторых компонентов схемы. в смещающей или связывающей сети. Обычное решение для нежелательной обратной связи представляет собой сеть обратной связи противоположного типа. Например, положительный сеть обратной связи будет противодействовать нежелательной отрицательной обратной связи.

Обратная связь также используется для получения идеального входного сигнала. В норме максимум требуется выходной сигнал от усилителя. Сумма на выходе сигнал от усилителя зависит от количества входного сигнала. Однако, если входной сигнал слишком велик, усилительное устройство будет насыщены и/или обрезаны во время части входного сигнала. Это вызывает выходной сигнал искажается и снижает точность воспроизведения усилителя. Усилители должны обеспечивать правильный баланс усиления и точности.

На рисунке ниже показано, как можно использовать обратную связь для обеспечения максимальный выходной сигнал без потери качества. В представлении A усилитель имеет хорошая точность, но усиление меньше, чем могло бы быть. Добавив немного позитива обратной связи, как и в представлении Б, усиление каскада увеличивается. В представлении C усилитель имеет такой большой коэффициент усиления и такой большой входной сигнал, что выходной сигнал искажен. Это искажение вызвано усилителем становится насыщенным и отсечным. Добавив систему отрицательной обратной связи, как в вид D, усиление каскада уменьшается, а точность выходного сигнала сигнал улучшился.

Обратная связь используется в усилителях.

Положительная и отрицательная обратная связь осуществляется разными способами в зависимости от о причинах, требующих обратной связи. Немного об эффектах и ​​методах выполнения обратной связи представлены далее.

Положительная обратная связь

Как вы видели, положительная обратная связь достигается добавлением части выходной сигнал в фазе с входным сигналом. В транзисторе с общей базой усилитель, достаточно просто обеспечить положительный обратная связь. Поскольку входной и выходной сигналы совпадают по фазе, вам нужно только соединить часть выходного сигнала обратно со входным. Это показано в рисунок ниже.

Положительная обратная связь в транзисторном усилителе.

Сеть обратной связи в этом усилителе состоит из R ₂ и С ₂ . Значение C ₂ должно быть большим, поэтому что емкостное сопротивление ( X _C ) будет низким и конденсатор будет легко соединять сигнал. (Это также относится к входные и выходные разделительные конденсаторы C ₁ и С ₃ .) Значение сопротивления R ₂ должно быть большой, чтобы ограничить количество сигнала обратной связи и гарантировать, что большинство выходного сигнала переходит на следующий этап через C ₃ .

Наиболее распространенной схемой транзисторных усилителей является схема с общим эмиттером. конфигурация. Положительный отзыв немного сложнее с этим конфигурации, потому что входной и выходной сигналы сдвинуты по фазе на 180°. Положительная обратная связь может быть достигнута путем подачи части вывода сигнал второго каскада обратно на вход первого каскада. Этот расположение показано на рисунке ниже.

Положительная обратная связь в двух каскадах транзисторного усиления.

На рисунке видно, что каждый каскад усиления имеет фазовый сдвиг на 180°. Это означает, что выходной сигнал Q ₂ будет синфазным. с входным сигналом на Q ₁ . Часть выходного сигнала Q ₂ соединен обратно с входом Q ₁ через сеть обратной связи C ₃ и R ₃ . R ₃ должен иметь большое сопротивление, чтобы ограничить количество сигнал через сеть обратной связи. C ₃ должен иметь большой емкость, поэтому емкостное реактивное сопротивление низкое, и конденсатор будет Соедините сигнал легко.

Иногда положительная обратная связь используется для устранения последствий отрицательной. обратная связь, вызванная компонентами схемы. Один из способов, которым цепь компонент может вызвать отрицательную обратную связь, как показано на рисунке ниже.

Развязывающий (шунтирующий) конденсатор в транзисторном усилителе.

На виде (А) показан усилитель на транзисторе с общим эмиттером. Эмиттерный резистор ( R ₂ ) был помещен в эту цепь для обеспечения надлежащего смещение и температурная стабильность. Нежелательный эффект этого резистор — это развитие сигнала на эмиттере в фазе с входом сигнал на базе. Этот сигнал вызван изменением тока через эмиттерный резистор ( R ₂ ) как текущий через транзистор меняется. Вы можете подумать, что этот сигнал на эмиттер является формой положительной обратной связи, поскольку он находится в фазе с входом сигнал. Но сигнал эмиттера — это действительно отрицательная обратная связь. Ток через транзистор регулируется смещением база-эмиттер. Если и база, и эмиттер становятся более положительными на одинаковую величину при в то же время, ток не будет увеличиваться. Это разница между базовым и эмиттерным напряжениями, которые контролируют ток, протекающий через транзистор.

Чтобы устранить эту отрицательную обратную связь, вызванную эмиттерным резистором, некоторые необходимо найти способ снять сигнал с эмиттера. Если бы сигнал мог быть соединенным с землей (развязанным), эмиттер транзистора был бы незатронутый. Именно это и делается. Развязывающий конденсатор ( C ₃ на виде B) помещается между эмиттером Q ₁ и заземление (через эмиттерный резистор). Этот конденсатор должен иметь большую емкость, чтобы он пропускал сигнал на землю легко. Развязывающий конденсатор ( С ₃ ) должны иметь те же качества, что и разделительные конденсаторы ( C ₁ и C ₂ ) схемы. Развязка конденсаторы также называют шунтирующими конденсаторами.

Независимо от метода, используемого для обеспечения положительной обратной связи в цепи, целью является увеличение амплитуды выходного сигнала.

Отрицательный отзыв

Отрицательная обратная связь достигается добавлением части выходного сигнала из фазы с входным сигналом. Вы видели, что эмиттерный резистор в усилитель на транзисторе с общим эмиттером создаст сигнал отрицательной обратной связи. Другие методы предоставления отрицательной обратной связи аналогичны этим методам. используется для предоставления положительной обратной связи. Фазовое соотношение обратной связи сигнал и входной сигнал — единственная разница.

На рисунке ниже показана отрицательная обратная связь в транзисторе с общим эмиттером. усилитель звука. Сеть обратной связи C ₂ и R ₂ пара часть выходного сигнала Q ₁ вернуться к вводу. Поскольку выходной сигнал сдвинут по фазе на 180° с входным сигналом это вызывает отрицательную обратную связь.

Отрицательная обратная связь в транзисторном усилителе.

Отрицательная обратная связь используется для улучшения качества звука усилителя за счет ограничения входной сигнал. Отрицательная обратная связь также может быть использована для увеличения частоты отклик усилителя.