Систем повратних информација има вишеструке предности у односу на конвенционалне системе. Помаже да се побољша излазно појачање кола и повећава линеарни одзив кола. Такође смањује шансе за изобличење сигнала које се јавља углавном због сигнала шума.
Системи повратне спреге се углавном користе у круговима појачавача, системима управљања заснованим на излазу и осцилаторским колима. Системи за повратне информације имају два типа: Позитивно повратне информације и Негативно повратна информација. Овај чланак ће се у великој мери фокусирати на последњу врсту повратних информација.
Брзи преглед:
- Шта је систем негативне повратне спреге у електроници
- Негативно коло
- Функција преноса негативне повратне информације
- Негативна повратна спрега у операционим појачавачима
- Пример 1
- Пример 2
- Пример 3
- Разлика између система позитивне и негативне повратне спреге
- Примене и својства система негативне повратне спреге
- Ефекат негативне повратне информације на пропусни опсег
- Закључак
Шта је систем негативне повратне спреге у електроници
Негативна повратна спрега у електричном колу је контролни механизам који стабилизује и регулише рад електричног кола. Кола са интегрисаним системима негативне повратне спреге узимају излазни сигнал и дају га на улаз као а фазна опозиција (обрнути) сигнал . Овај систем повратне спреге смањује сва одступања или грешке у излазним сигналима.
Негативна повратна информација се такође назива дегенеративна повратна спрега . Код негативне повратне спреге, излазни сигнал који долази као повратна спрега се одузима од улазног референтног сигнала. Излаз резултира грешком познатом као повратне информације . Овај сигнал грешке генерисан након одузимања ће у складу са тим изменити одговор система. Ако је појачање система позитивно, повратни сигнал који долази са излаза мора се одузети од улазног референтног сигнала да би повратна спрега била негативна.
Када је негативна повратна информација одузети од референтног улаза, чини систем стабилнијим. Рецимо да постоји систем који показује необично понашање - да би се супротставио овој промени, систем ће генерисати излазни сигнал. Овај излазни или повратни сигнал супротставља улазном сигналу — модификујући улаз у складу са тим како би целокупни систем радио ефикасно.
Негативно коло
Коло негативне повратне спреге је илустровано на слици испод. Овде можете видети да се излазни сигнал враћа на улазну страну као повратна информација. На улазној страни се генерише разлика између референтног сигнала и разлике сигнала повратне спреге, што даље покреће систем.
1. Компоненте : Коло се састоји од две главне компоненте:
- Појачало са појачањем Г.
- Петља повратне спреге са фактором повратне спреге β.
Улазни сигнал је В ин а излаз појачала је В оут .
2. Сумминг Јунцтион : На улазу појачала постоји спој за сумирање (често представљен кругом са знаком минус унутра). Овај спој ће одузети повратни сигнал од референтног улаза. Одузети део је производ фактора повратне спреге β и излазног Воут—тако да је сигнал грешке В ин – бВ оут .
3. Петља повратних информација : Овај сигнал грешке (В ин – бВ оут ) је оно што покреће систем. Представља разлику између жељеног улаза В ин а стварни излаз В оут скалиран фактором повратне спреге β.
4. Негативне повратне информације : Кључни концепт овде је негативна повратна информација. Када је излаз В оут промене услед било каквих сметњи или промена на улазу В ин сигнал грешке (Вин – βВ оут ) је створен. Израчунати сигнал грешке појачава појачавач са појачањем Г и враћа се назад у спој за сумирање. Важно је да је ова повратна информација негативна јер се одузима од улаза.
- Ако је В оут повећава (тј. системски излаз иде више од жељеног) повратна спрега смањује грешку доводећи В оут назад ка жељеној вредности.
- Ако је В оут смањује (тј. системски излаз је нижи од жељеног) повратна спрега повећава грешку која покреће В оут назад ка жељеној вредности.
5. Општа једначина повратне везе : Општа једначина повратне спреге за овај систем се обично изражава као
Ова једначина повезује излаз В оут на улаз Вин и фактор повратне спреге β кроз појачало појачала Г. Показује како систем користи негативну повратну спрегу да регулише и контролише излаз како би одговарао жељеном улазу.
Функција преноса негативне повратне информације
Функција преноса дефинише једначину која представља однос између улаза и излаза. Говори нам како промене на улазу утичу на излаз. У негативној повратној спрези имамо средњи сигнал представљен са З. Овај међусигнал представља разлику између излаза и улаза.
За функција преноса једначина негативне повратне спреге, З се користи за израчунавање сигнала грешке или корекције потребне да се систем приближи жељеној вредности излаза.
Следећи блок дијаграм приказује систем негативне повратне спреге. Користећи овај дијаграм, можемо израчунати функцију преноса за систем негативне повратне спреге:
Излаз система негативне повратне спреге је једнак И(с):
Негативна повратна спрега у операционим појачавачима
У конфигурацији са негативном повратном спрегом, део излаза оп-појачала (В) се даје на улазни инвертујући (-) терминал. Овај излазни сигнал ће бити одузет од улазне референце. Помаже у контроли и стабилизацији појачања појачала.
Користећи негативну повратну информацију у кругу оп-амп, можете подесити жељени ниво појачања док одржавате стабилност система. Негативна повратна спрега смањује нелинеарности у карактеристикама оп-појачала, чинећи га ближим идеалном понашању.
Коло оперативног појачала са негативном повратном спрегом (оп-амп) је дизајнирано коришћењем оп-појачала као централне компоненте. Оп-амп има два улаза: један је инвертујући (-), а други неинвертујући (+). Има један излазни терминал. За систем негативне повратне спреге, користићемо инвертујућу страну оп-појачала.
Ово коло обично укључује:
- Улазни отпорник (Рин) који повезује појединачни извор са инвертујућим (-) улазом оп-појачала.
- Отпорник повратне спреге (Рф) који повезује излаз оп-појачала са инвертујућим (-) улазом.
- Веза са оптерећењем на излазу оп-амп.
Добитак можете пронаћи користећи однос Рф према Рин. Ова негативна повратна информација стабилизује и контролише понашање оперативног појачала. Ради тако што минимизира разлику напона између два инвертујућа и неинвертујућа улаза. То ствара виртуелни кратки спој између њих. Као резултат тога, оп-појачало прилагођава свој излазни напон да одржи ову равнотежу - чинећи га ефикасним појачалом са контролисаним појачањем.
Пример 1: Израчунавање појачања у затвореној петљи
Систем има појачање од 60 дБ без повратне информације. Део негативне повратне спреге је 1/20, пронађите појачање затворене петље (у дБ) са додатком негативне повратне спреге.
Решење:
Добитак затворене петље са негативном повратном спрегом је дат формулом:
У овом случају, појачање у отвореној петљи је 60 дБ, а фракција повратне спреге је 1/20.
Дакле, са фракцијом повратне спреге од 1/20, појачање система у затвореној петљи биће 86,02 дБ.
Пример 2: Израчунавање појачања напона
Ако појачало у почетку има појачање напона од 3000 (без повратне везе), а затим садржи негативну повратну везу са повратном спрегом од мв = 0,01. Колики ће бити нови напон појачала?
Решење :
Можете користити формулу појачања напона за појачало са негативном повратном спрегом - да бисте израчунали појачање напона појачала:
У горњој формули:
А ф = Појачање напона са повратном спрегом
А = Појачање напона без повратне информације
мв = Разломак повратне информације
овде имамо:
Појачање напона без повратних информација (А) = 3000
Разломак повратних информација (мв) = 0,01
Сада ставите ове вредности у формулу:
Дакле, појачање напона појачала са негативном повратном спрегом је приближно 96,77.
Пример 3: Израчунавање повратних отпора
Одредити одговарајуће вредности за отпоре повратне спреге, Р 1 и Р 2 . Морате да стабилизујете неинвертујуће коло појачала користећи операциони појачавач са појачањем напона отворене петље (АВОЛ) од 220.000. Ваш циљни добитак у затвореној петљи је 40.
Решење :
Општа једначина повратне спреге затворене петље је:
Да бисте добили удео повратне информације β, преуредите горњу једначину:
У овом случају, појачање отворене петље је превисоко. Дакле, фракција повратне спреге β ће бити приближно једнака реципрочном добитку затворене петље 1/Г. Пошто је вредност 1/А премала, приближно једнака (0,025).
Отпорници Р1 и Р2 у горњој конфигурацији формирају коло разделника потенцијала серијског напона. Добитак напона затворене петље можете пронаћи на следећи начин:
Претпоставимо да је вредност за Р2 1000 Ω (1 кΩ). Тада је вредност за Р 1 може се написати као
Дакле, за неинвертујуће коло појачала са појачањем од 40, потребно је да изаберете Р 1 од 39 кΩ и Р 2 од 1 кΩ.
Разлика између система позитивне и негативне повратне спреге
Разлику између система позитивне и негативне повратне информације можете пронаћи у доњој табели:
| Разлике у врстама повратних информација | Позитивне повратне информације | Негативне повратне информације |
|---|---|---|
| Дефиниција | У овој повратној информацији се додају референтни повратни и улазни сигнали. | Код овог типа, излазна повратна спрега се одузима од референтног улаза. |
| Номенклатура | Позитивне повратне информације или Регенеративне повратне информације. | Негативне повратне информације или Дегенеративне повратне информације. |
| Сврха | Појачава или повећава сигнал. | Стабилизује или регулише сигнал. |
| Утицај на систем | Може довести до непредвидивог понашања и осцилација. | Промовише предвидљивост и рад у стабилном стању. |
| Гаин Дирецтион | Повећава системску добит. | Смањује појачање система. |
| Употреба | Аудио појачала и релаксациони осцилатори. | Оперативни појачавачи (Оп-Ампс), системи управљања повратном спрегом. |
| Стабилност | Често доводи до нестабилности. | Побољшава стабилност система. |
| На пример | Шмитови окидачи и јапанке. | Појачала напона и регулатори температуре. |
Примене и својства система негативне повратне спреге
Системи негативне повратне спреге имају многе примене у општој електроници. Ови системи су побољшали нестабилност система, линеарност система, фреквенцијски одзив и корак одзива. Због ових предности система негативне повратне спреге, многа кола појачала у електроници поседују системе негативне повратне спреге.
Неки детаљни описи система негативних повратних информација су дати у наставку:
Стабилност : Систем негативне повратне спреге смањује одступања од жељене тачке, што резултира стабилнијим системом. На пример, термостат осигурава да температура остане близу изабране вредности.
Прецизност: Системи негативне повратне спреге побољшавају тачност система минимизирајући грешке. У кругу појачала, негативна повратна спрега смањује изобличење и производи стабилнији сигнал на излазу.
Контрола пропусног опсега : Такође можете контролисати пропусни опсег појачала уз помоћ система негативне повратне спреге. То их чини погодним за неколико апликација. Ове апликације укључују аудио појачање до појачања радио фреквенције.
Смањење буке : Негативна повратна информација може смањити нежељену буку и сметње. Смањење буке има вишеструку примену у области аудио система и комуникационих уређаја.
Динамиц Респонсе : Системи негативне повратне спреге имају способност динамичког одговора. Ови системи се могу прилагодити у складу са датим условима. Пример динамичког одзива укључује систем темпомат аутомобила.
Ефекат негативне повратне информације на пропусни опсег
Ширина појаса објашњава опсег радне фреквенције за појачало са константним појачањем. Систем са већим пропусним опсегом значи да појачало може да поднесе више фреквенција. Негативна повратна спрега смањује појачање појачала дајући излаз на страни улаза. Ово побољшава стабилност и линеарност система, али као резултат, такође смањује добит система.
Тхе ефекат негативне повратне спреге на пропусни опсег зависи од врсте и количине примењене повратне информације. Генерално, негативна повратна спрега повећава пропусни опсег смањујући системско појачање. Производ пропусног опсега појачања, који је мера перформанси појачала, остаје константан без обзира на повратне информације.
На пример , узмите у обзир коло појачала без повратних информација које има појачање од 100 и 10 кХз пропусног опсега. Примена негативне повратне спреге за смањење појачања на 10. Ово ће повећати пропусни опсег на 100 кХз. Производ ширине опсега појачања је и даље 100 × 10 кХз = 1 МХз у оба случаја.
Међутим, негативна повратна спрега утиче и на граничне фреквенције појачала. Ово су фреквенције на којима систем добија пад од максималне вредности. Негативна повратна спрега снижава граничну фреквенцију и подиже горњу граничну фреквенцију. Ово ће резултирати проширењем криве фреквенцијског одзива појачала. Нето ефекат негативне повратне информације на пропусни опсег је размена добити за пропусни опсег.
То значи да ће примена негативне повратне спреге повећати опсег фреквенција које појачало може да поднесе. Али све ово долази по цену смањења његовог фактора појачања.
Закључак
Систем негативне повратне спреге може контролисати или подешавати излаз тако што сервира део излаза на улазној страни. Ова повратна информација генерише сигнал грешке, што ће вам дати стабилнији систем. Овај сигнал грешке је динамичан и покреће цео систем. Систем негативне повратне спреге може побољшати тачност система и такође контролисати пропусни опсег. Овај систем повратне спреге се користи у круговима појачала као што су системи за поништавање буке или системи за контролу темпома аутомобила. Прочитајте више о детаљном опису негативних повратних информација у овом чланку.