Ang sistema ng feedback ay may maraming mga pakinabang kaysa sa mga maginoo na sistema. Ito ay tumutulong upang mapabuti ang output gain ng circuit at pinatataas ang linear na tugon ng circuit. Binabawasan din nito ang mga pagkakataon ng mga pagbaluktot ng signal na nangyayari pangunahin dahil sa mga signal ng ingay.
Ang mga feedback system ay kadalasang ginagamit sa mga amplifier circuit, output-based na control system, at oscillator circuit. Ang mga sistema ng feedback ay may dalawang uri: Positibo puna at Negatibo puna. Ang artikulong ito ay higit na tututuon sa huling uri ng feedback.
Mabilis na Balangkas:
- Ano ang Negative Feedback System sa Electronics
- Negatibong Feedback Circuit
- Negatibong Feedback Transfer Function
- Negatibong Feedback sa Mga Operational Amplifier
- Halimbawa 1
- Halimbawa 2
- Halimbawa 3
- Pagkakaiba sa pagitan ng Positibo at Negatibong Feedback System
- Mga Application at Properties ng Negative Feedback System
- Epekto ng Negatibong Feedback sa Bandwidth
- Konklusyon
Ano ang Negative Feedback System sa Electronics
Ang negatibong feedback sa isang de-koryenteng circuit ay isang mekanismo ng kontrol na nagpapatatag at kumokontrol sa mga pagpapatakbo ng electrical circuit. Ang mga circuit na may pinagsamang negatibong feedback system ay kumukuha ng output signal at ibinibigay ito sa input bilang a phase oposisyon (baligtad) signal . Binabawasan ng feedback system na ito ang anumang mga deviation o error sa mga output signal.
Tinatawag din ang negatibong feedback degenerative feedback . Sa negatibong feedback, ang output signal na darating bilang feedback ay ibinabawas mula sa input reference signal. Ang output ay nagreresulta sa isang error na kilala bilang makakuha ng feedback . Ang error na signal na ito na nabuo pagkatapos ng pagbabawas ay magbabago sa tugon ng system nang naaayon. Kung positibo ang nakuha ng system, ang feedback signal na nagmumula sa output ay dapat ibawas sa input reference signal upang mapanatili ang feedback bilang negatibo.
Kapag ang negatibong feedback ay ibinawas mula sa reference input, ginagawa nitong mas matatag ang system. Sabihin nating mayroong isang system na nagpapakita ng hindi pangkaraniwang gawi—upang labanan ang pagbabagong ito, bubuo ang system ng isang output signal. Ang output o feedback signal na ito ay sumasalungat sa input signal—binabago ang input nang naaayon upang mapatakbo nang mahusay ang pangkalahatang system.
Negatibong Feedback Circuit
Ang negatibong feedback circuit ay inilalarawan sa larawan sa ibaba. Dito makikita mo ang isang output signal na ibinalik sa input side bilang feedback. Sa bahagi ng input, nabubuo ang pagkakaiba sa pagitan ng reference signal at feedback signal difference, na nagtutulak sa system nang higit pa.
1. Mga bahagi : Ang circuit ay binubuo ng dalawang pangunahing bahagi:
- Isang amplifier na may gain G.
- Isang feedback loop na may feedback factor β.
Ang input signal ay V sa at ang output ng amplifier ay V palabas .
2. Summing Junction : Sa input ng amplifier, mayroong summing junction (kadalasang kinakatawan ng isang bilog na may minus sign sa loob). Ibabawas ng junction na ito ang feedback signal mula sa reference input. Ang ibinawas na bahagi ay produkto ng feedback factor β at ang output Vout—kaya ang error signal ay V sa – bV palabas .
3. Feedback Loop : Ang error na signal na ito (V sa – bV palabas ) ay kung ano ang nagtutulak sa system. Kinakatawan nito ang pagkakaiba sa pagitan ng nais na input V sa at ang aktwal na output V palabas na-scale ng feedback factor β.
4. Negatibong Feedback : Ang pangunahing konsepto dito ay negatibong feedback. Kapag ang output V palabas mga pagbabago dahil sa anumang mga abala o pagbabago sa input V sa ang signal ng error (Vin – βV palabas ) ay nilikha. Ang nakalkulang signal ng error ay lalakasin ng amplifier na may gain G at ibabalik sa summing junction. Ang mahalaga, negatibo ang feedback na ito dahil ibinabawas ito sa input.
- Kung ang V palabas tumataas (i.e. mas mataas ang output ng system kaysa sa ninanais) binabawasan ng feedback ang error na nagdadala ng V palabas pabalik sa nais na halaga.
- Kung ang V palabas bumababa (i.e. mas mababa ang output ng system kaysa sa ninanais) pinapataas ng feedback ang error sa pagmamaneho V palabas back up patungo sa nais na halaga.
5. Pangkalahatang Feedback Equation : Ang pangkalahatang feedback equation para sa system na ito ay karaniwang ipinahayag bilang
Iniuugnay ng equation na ito ang output V palabas sa input Vin at sa feedback factor β sa pamamagitan ng amplifier gain G. Ipinapakita nito kung paano ginagamit ng system ang negatibong feedback upang i-regulate at kontrolin ang output upang tumugma sa nais na input.
Negatibong Feedback Transfer Function
Ang transfer function ay tumutukoy sa isang equation na kumakatawan sa relasyon sa pagitan ng parehong input at output. Sinasabi nito sa amin kung paano nakakaapekto ang mga pagbabago sa input sa output. Sa negatibong feedback, mayroon kaming intermediate signal na kinakatawan ng Z. Ang intermediate signal na ito ay kumakatawan sa pagkakaiba sa pagitan ng output at input.
Para sa paglipat ng function equation ng negatibong feedback, Z ay ginagamit upang kalkulahin ang error signal o pagwawasto na kailangan upang mailapit ang system sa nais na halaga ng output.
Ang sumusunod na block diagram ay nagpapakita ng negatibong feedback system. Gamit ang diagram na ito, maaari naming kalkulahin ang transfer function para sa isang negatibong feedback system:
Ang output ng negatibong feedback system ay katumbas ng (mga) Y:
Negatibong Feedback sa Mga Operational Amplifier
Sa configuration ng negatibong feedback, ang isang bahagi ng output (V) ng op-amp ay ibinibigay sa input inverting (-) terminal. Ang output signal na ito ay ibabawas mula sa input reference. Nakakatulong itong kontrolin at patatagin ang gain ng amplifier.
Gamit ang negatibong feedback sa isang op-amp circuit, maaari mong itakda ang gustong antas ng gain habang pinapanatili ang katatagan ng system. Binabawasan ng negatibong feedback ang mga nonlinearity sa mga katangian ng op-amp, na ginagawa itong mas malapit sa perpektong gawi.
Ang isang negatibong feedback operational amplifier (op-amp) circuit ay idinisenyo sa pamamagitan ng paggamit ng isang op-amp bilang central component. Ang isang op-amp ay may dalawang input: ang isa ay inverting (-), at ang isa ay non-inverting (+). Mayroon itong isang output terminal. Para sa negatibong feedback system, gagamitin namin ang inverting side ng mga op-amp.
Karaniwang kinabibilangan ng circuit na ito ang:
- Input resistor (Rin) na kumukonekta sa solong source sa inverting (-) input ng op-amp.
- Isang feedback resistor (Rf) na nagkokonekta sa output ng op-amp sa inverting (-) input.
- Isang koneksyon sa load sa output ng op-amp.
Makakahanap ka ng pakinabang sa pamamagitan ng paggamit ng Rf to Rin ratio. Ang negatibong feedback na ito ay nagpapatatag at kinokontrol ang gawi ng op-amp. Gumagana ito sa pamamagitan ng pagliit ng pagkakaiba ng mga boltahe sa pagitan ng dalawang inverting at non-inverting input. Lumilikha ito ng isang virtual short circuit sa pagitan nila. Bilang resulta, inaayos ng op-amp ang boltahe ng output nito upang mapanatili ang balanseng ito—ginagawa itong isang epektibong amplifier na may kontroladong gain.
Halimbawa 1: Pagkalkula ng Closed Loop Gain
Ang isang sistema ay may pakinabang na 60 dB nang walang feedback. Ang bahagi ng negatibong feedback ay 1/20th, hanapin ang closed loop gain (sa dB) kasama ang pagdaragdag ng negatibong feedback.
Solusyon:
Ang closed-loop gain na may negatibong feedback ay ibinibigay ng formula:
Sa kasong ito, ang open-loop gain ay 60 dB, at ang feedback fraction ay 1/20.
Kaya, sa isang bahagi ng feedback na 1/20, ang closed-loop gain ng system ay magiging 86.02 dB.
Halimbawa 2: Pagkalkula ng Voltage Gain
Kung ang amplifier sa una ay may boltahe na nakuha na 3000 (nang walang feedback) at pagkatapos ay binubuo ng negatibong boltahe na feedback na may feedback fraction na mv = 0.01. Ano ang magiging bagong boltahe na nakuha ng amplifier?
Solusyon :
Maaari mong gamitin ang formula ng boltahe gain para sa amplifier na may negatibong boltahe na feedback—upang kalkulahin ang boltahe na nakuha ng amplifier:
Sa formula sa itaas:
A f = Voltage gain na may feedback
A = Voltage gain nang walang feedback
mv = Feedback fraction
Narito mayroon kaming:
Pagkuha ng boltahe nang walang feedback (A) = 3000
Fraction ng feedback (mv) = 0.01
Ngayon, ilagay ang mga halagang ito sa formula:
Kaya, ang boltahe na nakuha ng amplifier na may negatibong boltahe na feedback ay humigit-kumulang 96.77.
Halimbawa 3: Pagkalkula ng Feedback Resistance
Tukuyin ang naaangkop na mga halaga para sa mga resistensya ng feedback, R 1 at R 2 . Kailangan mong patatagin ang isang non-inverting amplifier circuit gamit ang operational amplifier na may open-loop voltage gain (AVOL) na 220,000. Ang iyong target na closed-loop gain ay 40.
Solusyon :
Ang isang pangkalahatang closed-loop na feedback equation ay:
Upang makakuha ng feedback fraction β, muling ayusin ang equation sa itaas:
Sa kasong ito, ang open loop gain ay masyadong mataas. Kaya, ang feedback fraction β ay humigit-kumulang katumbas ng katumbas ng closed-loop gain 1/G. Dahil ang halaga ng 1/A ay masyadong maliit, tinatayang katumbas ng (0.025).
Ang mga resistors R1 at R2 sa configuration sa itaas ay bumubuo ng series-voltage potential divider circuit. Maaari mong mahanap ang closed-loop na boltahe na nakuha tulad ng sumusunod:
Ipagpalagay natin ang halaga para sa R2 bilang 1000 Ω (1 kΩ). Pagkatapos ang halaga para sa R 1 maaaring isulat bilang
Kaya, para sa non-inverting amplifier circuit na may pakinabang na 40, kailangan mong piliin ang R 1 ng 39 kΩ at R 2 ng 1 kΩ.
Pagkakaiba sa pagitan ng Positibo at Negatibong Feedback System
Mahahanap mo ang pagkakaiba sa pagitan ng positibo at negatibong feedback system sa ibinigay na talahanayan sa ibaba:
| Mga Pagkakaiba sa Uri ng Feedback | Positibong feedback | Negatibong Feedback |
|---|---|---|
| Kahulugan | Sa feedback na ito, idinaragdag ang reference na feedback at input signal. | Sa ganitong uri, ang output feedback ay ibinabawas sa reference input. |
| Nomenclature | Positibong feedback o Regenerative na feedback. | Negatibong feedback o Degenerative na feedback. |
| Layunin | Pinapalakas o pinapataas ang isang signal. | Pinapatatag o kinokontrol ang isang signal. |
| Epekto sa System | Maaaring humantong sa hindi mahuhulaan na pag-uugali at mga oscillation. | Itinataguyod ang predictability at steady-state na operasyon. |
| Makakuha ng Direksyon | Pinapataas ang nakuha ng system. | Binabawasan ang pakinabang ng system. |
| Paggamit | Mga audio amplifier, at mga relaxation oscillator. | Mga operational amplifier (Op-Amps), mga feedback control system. |
| Katatagan | Kadalasan ay humahantong sa kawalang-tatag. | Nagpapabuti ng katatagan ng system. |
| Halimbawa | Schmitt triggers at flip-flops. | Mga amplifier ng boltahe, at mga controller ng temperatura. |
Mga Application at Properties ng Negative Feedback System
Ang mga negatibong feedback system ay may maraming mga aplikasyon sa pangkalahatang electronics. Pinahusay ng mga system na ito ang kawalang-tatag ng system, ang linearity ng system, frequency response, at step response. Dahil sa mga benepisyong ito ng mga negatibong feedback system, maraming amplifier circuit sa mga electronics ang nagtataglay ng mga negatibong feedback system.
Ang ilang mga detalyadong paglalarawan ng mga negatibong feedback system ay ibinigay sa ibaba:
Katatagan : Binabawasan ng negatibong feedback system ang mga paglihis mula sa nais na punto, na nagreresulta sa isang mas matatag na sistema. Halimbawa, tinitiyak ng isang thermostat na ang temperatura ay nananatiling malapit sa napiling halaga.
Katumpakan: Pinapabuti ng mga negatibong feedback system ang katumpakan ng system sa pamamagitan ng pagliit ng mga error. Sa isang amplifier circuit, binabawasan ng negatibong feedback ang distortion at gumagawa ng mas matatag na signal sa output.
Kontrol ng Bandwidth : Maaari mo ring kontrolin ang bandwidth ng amplifier sa tulong ng negatibong feedback system. Ginagawa nitong angkop ang mga ito para sa ilang mga aplikasyon. Kasama sa mga application na ito ang audio amplification sa radio frequency amplification.
Pagbawas ng Ingay : Maaaring bawasan ng negatibong feedback ang hindi gustong ingay at interference. Ang pagbabawas ng ingay ay may maraming aplikasyon sa larangan ng mga audio system at mga aparatong pangkomunikasyon.
Dynamic na Tugon : Ang mga negatibong feedback system ay may dynamic na kakayahan sa pagtugon. Ang mga system na ito ay maaaring mag-adjust nang naaayon sa mga ibinigay na kundisyon. Kasama sa isang halimbawa ng dynamic na tugon ang car cruise control system.
Epekto ng Negatibong Feedback sa Bandwidth
Ipinapaliwanag ng bandwidth ang hanay ng dalas ng pagpapatakbo para sa isang amplifier na may pare-parehong nakuha. Ang isang system na may mas mataas na bandwidth ay nangangahulugan na ang amplifier ay maaaring humawak ng higit pang mga frequency. Binabawasan ng negatibong feedback ang gain ng amplifier sa pamamagitan ng pagbibigay ng output sa bahagi ng input. Pinapabuti nito ang katatagan at linearity ng system, ngunit bilang resulta, binabawasan din nito ang nakuha ng system.
Ang epekto ng negatibong feedback sa bandwidth depende sa uri at dami ng feedback na inilapat. Sa pangkalahatan, pinapataas ng negatibong feedback ang bandwidth sa pamamagitan ng pagbabawas ng nakuha ng system. Ang produkto ng gain bandwidth, na siyang sukatan ng performance ng isang amplifier, ay nananatiling pare-pareho anuman ang feedback.
Halimbawa , isaalang-alang ang isang amplifier circuit na walang feedback na mayroong gain na 100 at 10 kHz bandwidth. Paglalapat ng negatibong feedback upang bawasan ang pakinabang sa 10. Tataasin nito ang bandwidth sa 100 kHz. Ang produktong gain-bandwidth ay 100 × 10 kHz = 1 MHz pa rin sa parehong mga kaso.
Gayunpaman, ang negatibong feedback ay nakakaapekto rin sa mga cutoff frequency ng amplifier. Ito ang mga frequency kung saan bumababa ang mga nakuha ng system mula sa pinakamataas na halaga. Pinababa ng negatibong feedback ang cutoff frequency at pinapataas ang upper cutoff frequency. Magreresulta ito sa pagpapalawak ng frequency response curve ng amplifier. Ang netong epekto ng negatibong feedback sa bandwidth ay ang trade gain para sa bandwidth.
Nangangahulugan ito na ang paglalapat ng negatibong feedback ay magpapataas sa hanay ng mga frequency na kayang hawakan ng isang amplifier. Ngunit ang lahat ng ito ay dumating sa halaga ng pagbabawas ng amplification factor nito.
Konklusyon
Maaaring kontrolin o ayusin ng Negative feedback system ang output sa pamamagitan ng paghahatid ng bahagi ng output sa input side. Ang feedback na ito ay bumubuo ng signal ng error, na magbibigay sa iyo ng mas matatag na system. Ang signal ng error na ito ay dynamic at nagtutulak sa kumpletong system. Maaaring mapabuti ng negatibong feedback system ang katumpakan ng system at kontrolin din ang bandwidth. Ginagamit ang feedback system na ito sa mga amplifier circuit tulad ng noise cancellation o car cruise control system. Magbasa nang higit pa tungkol sa detalyadong paglalarawan ng negatibong feedback sa artikulong ito.