El sistema de retroalimentació té múltiples avantatges respecte als sistemes convencionals. Ajuda a millorar el guany de sortida del circuit i augmenta la resposta lineal del circuit. També redueix les possibilitats de distorsions del senyal que es produeixen principalment a causa dels senyals de soroll.
Els sistemes de retroalimentació s'utilitzen principalment en circuits amplificadors, sistemes de control basats en sortides i circuits oscil·ladors. Els sistemes de retroalimentació tenen dos tipus: Positiu retroalimentació i Negatiu comentaris. Aquest article se centrarà molt en aquest darrer tipus de comentaris.
Esquema ràpida:
- Què és el sistema de retroalimentació negativa en electrònica
- Circuit de retroalimentació negativa
- Funció de transferència de comentaris negatius
- Retroalimentació negativa en amplificadors operacionals
- Exemple 1
- Exemple 2
- Exemple 3
- Diferència entre sistemes de feedback positiu i negatiu
- Aplicacions i propietats del sistema de retroalimentació negativa
- Efecte de la retroalimentació negativa sobre l'amplada de banda
- Conclusió
Què és el sistema de retroalimentació negativa en electrònica
La retroalimentació negativa en un circuit elèctric és un mecanisme de control que estabilitza i regula les operacions del circuit elèctric. Els circuits amb sistemes de retroalimentació negativa integrats prenen un senyal de sortida i el donen a l'entrada com a senyal d'oposició de fase (invertida). . Aquest sistema de retroalimentació redueix qualsevol desviació o error en els senyals de sortida.
També s'anomena retroalimentació negativa retroalimentació degenerativa . En retroalimentació negativa, el senyal de sortida que arriba com a retroalimentació es resta del senyal de referència d'entrada. La sortida dóna lloc a un error conegut com a guany de retroalimentació . Aquest senyal d'error generat després de la resta modificarà la resposta del sistema en conseqüència. Si el guany del sistema és positiu, el senyal de retroalimentació procedent de la sortida s'ha de restar del senyal de referència d'entrada per mantenir la retroalimentació com a negativa.
Quan hi ha comentaris negatius restat des de l'entrada de referència, fa que el sistema sigui més estable. Suposem que hi ha un sistema que mostra un comportament inusual: per contrarestar aquest canvi, el sistema generarà un senyal de sortida. Aquest senyal de sortida o retroalimentació contraresta el senyal d'entrada, modificant l'entrada en conseqüència per fer que el sistema en general funcioni de manera eficient.
Circuit de retroalimentació negativa
El circuit de retroalimentació negativa s'il·lustra a la imatge següent. Aquí podeu veure que un senyal de sortida es torna al costat d'entrada com a feedback. A l'entrada, es genera una diferència entre el senyal de referència i la diferència del senyal de retroalimentació, que després impulsa el sistema encara més.
1. Components : El circuit consta de dos components principals:
- Un amplificador amb guany G.
- Un bucle de retroalimentació amb factor de retroalimentació β.
El senyal d'entrada és V en i la sortida de l'amplificador és V fora .
2. Cruïlla sumadora : A l'entrada de l'amplificador, hi ha una unió sumadora (sovint representada per un cercle amb un signe menys a l'interior). Aquesta unió restarà el senyal de retroalimentació de l'entrada de referència. La part restada és el producte del factor de retroalimentació β i la sortida Vout, de manera que el senyal d'error és V en – bV fora .
3. Bucle de retroalimentació : Aquest senyal d'error (V en – bV fora ) és el que impulsa el sistema. Representa la diferència entre l'entrada desitjada V en i la sortida real V fora escalada pel factor de retroalimentació β.
4. Feedback negatiu : El concepte clau aquí és la retroalimentació negativa. Quan la sortida V fora canvis a causa de qualsevol alteració o canvi en l'entrada V en el senyal d'error (Vin – βV fora ) es crea. El senyal d'error calculat serà amplificat per l'amplificador amb guany G i retornat a la unió sumadora. És important destacar que aquesta retroalimentació és negativa perquè es resta de l'entrada.
- Si el V fora augmenta (és a dir, la sortida del sistema va més enllà del desitjat) la retroalimentació redueix l'error provocant V fora tornar cap al valor desitjat.
- Si el V fora disminueix (és a dir, la sortida del sistema baixa del desitjat) la retroalimentació augmenta l'error de conducció V fora tornar al valor desitjat.
5. Equació general de retroalimentació : L'equació de retroalimentació general d'aquest sistema s'expressa normalment com
Aquesta equació relaciona la sortida V fora a l'entrada Vin i el factor de retroalimentació β a través del guany de l'amplificador G. Mostra com el sistema utilitza la retroalimentació negativa per regular i controlar la sortida perquè coincideixi amb l'entrada desitjada.
Funció de transferència de comentaris negatius
La funció de transferència defineix una equació que representa la relació entre l'entrada i la sortida. Ens indica com els canvis en l'entrada afecten la sortida. En retroalimentació negativa, tenim un senyal intermedi representat per Z. Aquest senyal intermedi representa la diferència entre la sortida i l'entrada.
Per al funció de transferència equació de retroalimentació negativa, Z s'utilitza per calcular el senyal d'error o la correcció necessària per apropar el sistema al valor de sortida desitjat.
El diagrama de blocs següent mostra el sistema de retroalimentació negativa. Utilitzant aquest diagrama, podem calcular la funció de transferència per a un sistema de retroalimentació negativa:
La sortida del sistema de retroalimentació negativa és igual a la Y(s):
Retroalimentació negativa en amplificadors operacionals
En una configuració de retroalimentació negativa, una part de la sortida de l'amplificador operatiu (V) es dóna al terminal inversor d'entrada (-). Aquest senyal de sortida es restarà de la referència d'entrada. Ajuda a controlar i estabilitzar el guany de l'amplificador.
Utilitzant la retroalimentació negativa en un circuit d'amplificador operatiu, podeu establir el nivell de guany desitjat mantenint l'estabilitat del sistema. La retroalimentació negativa redueix les no linealitats en les característiques de l'amplificador operatiu, fent-lo funcionar més a prop del comportament ideal.
Un circuit amplificador operacional de retroalimentació negativa (amplificador operacional) està dissenyat utilitzant un amplificador operacional com a component central. Un amplificador operatiu té dues entrades: una és inversora (-) i l'altra no inversora (+). Té un terminal de sortida. Per al sistema de retroalimentació negativa, utilitzarem el costat inversor dels amplificadors operatius.
Aquest circuit inclou normalment:
- Resistència d'entrada (Rin) que connecta la font única a l'entrada inversora (-) de l'amplificador operatiu.
- Una resistència de retroalimentació (Rf) que connecta la sortida de l'amplificador operatiu a l'entrada inversora (-).
- Una connexió a la càrrega a la sortida de l'amplificador operatiu.
Podeu trobar guany utilitzant la relació Rf a Rin. Aquesta retroalimentació negativa estabilitza i controla el comportament de l'amplificador operatiu. Funciona minimitzant la diferència de voltatges entre les dues entrades inversores i no inversores. Crea un curtcircuit virtual entre ells. Com a resultat, l'amplificador operatiu ajusta la seva tensió de sortida per mantenir aquest equilibri, convertint-lo en un amplificador eficaç amb guany controlat.
Exemple 1: càlcul del guany de bucle tancat
Un sistema té un guany de 60 dB sense retroalimentació. La fracció de retroalimentació negativa és 1/20, trobeu el guany de bucle tancat (en dB) amb l'addició de retroalimentació negativa.
Solució:
El guany de llaç tancat amb retroalimentació negativa ve donat per la fórmula:
En aquest cas, el guany de llaç obert és de 60 dB i la fracció de retroalimentació és 1/20.
Així, amb una fracció de retroalimentació d'1/20, el guany de llaç tancat del sistema serà de 86,02 dB.
Exemple 2: Càlcul del guany de tensió
Si un amplificador té inicialment un guany de tensió de 3000 (sense realimentació) i després inclou una realimentació de tensió negativa amb una fracció de realimentació de mv = 0,01. Quin serà el nou guany de tensió de l'amplificador?
Solució :
Podeu utilitzar la fórmula del guany de tensió per a l'amplificador amb retroalimentació negativa per calcular el guany de tensió de l'amplificador:
En la fórmula anterior:
A f = Guany de tensió amb retroalimentació
A = Guany de tensió sense retroalimentació
mv = Fracció de retroalimentació
Aquí tenim:
Guany de tensió sense retroalimentació (A) = 3000
Fracció de retroalimentació (mv) = 0.01
Ara, poseu aquests valors a la fórmula:
Per tant, el guany de tensió de l'amplificador amb retroalimentació negativa és d'aproximadament 96,77.
Exemple 3: Càlcul de resistències de retroalimentació
Determineu els valors adequats per a les resistències de retroalimentació, R 1 i R 2 . Heu d'estabilitzar un circuit amplificador no inversor mitjançant un amplificador operacional amb un guany de tensió en bucle obert (AVOL) de 220.000. El vostre guany de bucle tancat objectiu és de 40.
Solució :
Una equació general de retroalimentació de bucle tancat és:
Per obtenir la fracció de retroalimentació β, reorganitzeu l'equació anterior:
En aquest cas, el guany del bucle obert és massa alt. Per tant, la fracció de retroalimentació β serà aproximadament igual al recíproc del guany de llaç tancat 1/G. Com que el valor d'1/A és massa petit, aproximadament igual a (0,025).
Les resistències R1 i R2 de la configuració anterior formen el circuit divisor de potencial de tensió en sèrie. Podeu trobar el guany de tensió de bucle tancat de la següent manera:
Suposem que el valor de R2 és 1000 Ω (1 kΩ). Aleshores el valor de R 1 es pot escriure com
Per tant, per al circuit amplificador no inversor amb un guany de 40, heu de seleccionar la R 1 de 39 kΩ i R 2 d'1 kΩ.
Diferència entre sistemes de feedback positiu i negatiu
Podeu trobar la diferència entre els sistemes de retroalimentació positiva i negativa a la taula següent:
| Diferències de tipus de comentaris | Resposta positiva | Comentaris negatius |
|---|---|---|
| Definició | En aquesta retroalimentació, s'afegeixen senyals d'entrada i retroalimentació de referència. | En aquest tipus, la retroalimentació de sortida es resta de l'entrada de referència. |
| Nomenclatura | Retroalimentació positiva o regenerativa. | Retroalimentació negativa o retroalimentació degenerativa. |
| Propòsit | Amplifica o augmenta un senyal. | Estabilitza o regula un senyal. |
| Efecte sobre el sistema | Pot provocar un comportament impredictible i oscil·lacions. | Afavoreix la predictibilitat i el funcionament en estat estacionari. |
| Guanyar direcció | Augmenta el guany del sistema. | Redueix el guany del sistema. |
| Ús | Amplificadors d'àudio i oscil·ladors de relaxació. | Amplificadors operacionals (Op-Amps), sistemes de control de retroalimentació. |
| Estabilitat | Sovint condueix a la inestabilitat. | Millora l'estabilitat del sistema. |
| Per exemple | Schmitt dispara i xancletes. | Amplificadors de tensió i controladors de temperatura. |
Aplicacions i propietats del sistema de retroalimentació negativa
Els sistemes de retroalimentació negativa tenen moltes aplicacions en electrònica general. Aquests sistemes van millorar la inestabilitat del sistema, la linealitat del sistema, la resposta de freqüència i la resposta de pas. A causa d'aquests avantatges dels sistemes de retroalimentació negativa, molts circuits amplificadors de l'electrònica tenen sistemes de retroalimentació negativa.
A continuació es donen algunes descripcions detallades dels sistemes de retroalimentació negativa:
Estabilitat : Un sistema de retroalimentació negativa redueix les desviacions del punt desitjat, donant lloc a un sistema més estable. Per exemple, un termòstat s'assegura que la temperatura es mantingui propera al valor escollit.
Precisió: els sistemes de retroalimentació negativa milloren la precisió del sistema minimitzant els errors. En un circuit amplificador, la retroalimentació negativa redueix la distorsió i produeix un senyal més estable a la sortida.
Control d'ample de banda : També podeu controlar l'ample de banda de l'amplificador amb l'ajuda d'un sistema de retroalimentació negativa. Això els fa aptes per a diverses aplicacions. Aquestes aplicacions inclouen l'amplificació d'àudio a l'amplificació de radiofreqüència.
Reducció de soroll : La retroalimentació negativa pot reduir el soroll i les interferències no desitjades. La reducció de soroll té múltiples aplicacions en el camp dels sistemes d'àudio i dispositius de comunicació.
Resposta dinàmica : Els sistemes de retroalimentació negativa tenen capacitat de resposta dinàmica. Aquests sistemes es poden ajustar en conseqüència a les condicions donades. Un exemple de resposta dinàmica inclou el sistema de control de creuer del cotxe.
Efecte de la retroalimentació negativa sobre l'amplada de banda
L'amplada de banda explica el rang de freqüències de funcionament d'un amplificador amb guany constant. Un sistema amb una amplada de banda més gran significa que l'amplificador pot gestionar més freqüències. La retroalimentació negativa redueix el guany de l'amplificador donant la sortida al costat d'entrada. Això millora l'estabilitat i la linealitat del sistema, però com a resultat, també redueix el guany del sistema.
El efecte de la retroalimentació negativa sobre l'ample de banda depèn del tipus i la quantitat de comentaris aplicats. En general, la retroalimentació negativa augmenta l'ample de banda reduint el guany del sistema. El producte d'amplada de banda de guany, que és la mesura del rendiment d'un amplificador, es manté constant independentment de la retroalimentació.
Per exemple , considereu un circuit amplificador sense retroalimentació amb un guany de 100 i 10 kHz d'amplada de banda. Aplicació de retroalimentació negativa per reduir el guany a 10. Això augmentarà l'ample de banda a 100 kHz. El producte de guany-amplada de banda encara és de 100 × 10 kHz = 1 MHz en ambdós casos.
Tanmateix, la retroalimentació negativa també afecta les freqüències de tall de l'amplificador. Aquestes són les freqüències on el sistema guanya baixades del valor màxim. La retroalimentació negativa redueix la freqüència de tall i augmenta la freqüència de tall superior. Això donarà lloc a l'ampliació de la corba de resposta de freqüència de l'amplificador. L'efecte net de la retroalimentació negativa sobre l'ample de banda és canviar el guany per l'ample de banda.
Això vol dir que l'aplicació de retroalimentació negativa augmentarà el rang de freqüències que pot gestionar un amplificador. Però tot això té el preu de reduir el seu factor d'amplificació.
Conclusió
Un sistema de retroalimentació negativa pot controlar o ajustar la sortida donant servei a una part de la sortida al costat d'entrada. Aquest feedback genera un senyal d'error, que us donarà un sistema més estable. Aquest senyal d'error és dinàmic i condueix el sistema complet. Un sistema de retroalimentació negativa pot millorar la precisió del sistema i també controlar l'ample de banda. Aquest sistema de retroalimentació s'utilitza en circuits amplificadors com ara la cancel·lació de soroll o els sistemes de control de creuer de cotxes. Llegiu més sobre la descripció detallada dels comentaris negatius en aquest article.