Sistem maklum balas mempunyai pelbagai kelebihan berbanding sistem konvensional. Ia membantu meningkatkan keuntungan keluaran litar dan meningkatkan tindak balas linear litar. Ia juga mengurangkan kemungkinan herotan isyarat yang berlaku terutamanya disebabkan oleh isyarat bunyi.
Sistem maklum balas kebanyakannya digunakan dalam litar penguat, sistem kawalan berasaskan keluaran, dan litar pengayun. Sistem maklum balas mempunyai dua jenis: Positif maklum balas dan Negatif maklum balas. Artikel ini akan banyak menumpukan pada jenis maklum balas yang terakhir.
Rangka Pantas:
- Apakah itu Sistem Maklum Balas Negatif dalam Elektronik
- Litar Maklum Balas Negatif
- Fungsi Pemindahan Maklum Balas Negatif
- Maklum Balas Negatif dalam Penguat Operasi
- Contoh 1
- Contoh 2
- Contoh 3
- Perbezaan Antara Sistem Maklum Balas Positif dan Negatif
- Aplikasi dan Sifat Sistem Maklum Balas Negatif
- Kesan Maklum Balas Negatif terhadap Lebar Jalur
- Kesimpulan
Apakah itu Sistem Maklum Balas Negatif dalam Elektronik
Maklum balas negatif dalam litar elektrik ialah mekanisme kawalan yang menstabilkan dan mengawal operasi litar elektrik. Litar dengan sistem maklum balas negatif bersepadu mengambil isyarat keluaran dan memberikannya kepada input sebagai a isyarat penentangan fasa (terbalik). . Sistem maklum balas ini mengurangkan sebarang penyelewengan atau ralat dalam isyarat keluaran.
Maklum balas negatif juga dipanggil maklum balas degeneratif . Dalam maklum balas negatif, isyarat keluaran yang datang sebagai maklum balas ditolak daripada isyarat rujukan input. Output menghasilkan ralat yang dikenali sebagai keuntungan maklum balas . Isyarat ralat yang dihasilkan selepas penolakan ini akan mengubah suai respons sistem dengan sewajarnya. Jika keuntungan sistem adalah positif, isyarat maklum balas yang datang daripada output mesti ditolak daripada isyarat rujukan input untuk mengekalkan maklum balas sebagai negatif.
Apabila maklum balas negatif adalah ditolak daripada input rujukan, ia menjadikan sistem lebih stabil. Katakan terdapat sistem yang menunjukkan tingkah laku luar biasa—untuk mengatasi perubahan ini, sistem akan menjana isyarat keluaran. Isyarat output atau maklum balas ini menentang isyarat input—mengubah suai input dengan sewajarnya untuk menjadikan keseluruhan sistem berjalan dengan cekap.
Litar Maklum Balas Negatif
Litar maklum balas negatif digambarkan dalam imej di bawah. Di sini anda boleh melihat isyarat keluaran dibawa kembali ke bahagian input sebagai maklum balas. Di bahagian input, perbezaan antara isyarat rujukan dan perbezaan isyarat maklum balas dijana, yang kemudiannya memacu sistem lebih jauh.
1. Komponen : Litar terdiri daripada dua komponen utama:
- Penguat dengan keuntungan G.
- Gelung maklum balas dengan faktor maklum balas β.
Isyarat input ialah V dalam dan keluaran penguat ialah V keluar .
2. Persimpangan Summing : Pada input penguat, terdapat simpang penjumlahan (sering diwakili oleh bulatan dengan tanda tolak di dalamnya). Persimpangan ini akan menolak isyarat maklum balas daripada input rujukan. Bahagian yang ditolak ialah hasil darab faktor maklum balas β dan Vout keluaran—jadi isyarat ralat ialah V dalam – bV keluar .
3. Gelung Maklum Balas : Isyarat ralat ini (V dalam – bV keluar ) adalah apa yang mendorong sistem. Ia mewakili perbezaan antara input yang dikehendaki V dalam dan keluaran sebenar V keluar diskalakan oleh faktor maklum balas β.
4. Maklum Balas Negatif : Konsep utama di sini ialah maklum balas negatif. Apabila keluaran V keluar perubahan disebabkan oleh sebarang gangguan atau perubahan dalam input V dalam isyarat ralat (Vin – βV keluar ) dicipta. Isyarat ralat yang dikira akan dikuatkan oleh penguat dengan keuntungan G dan dimasukkan semula ke dalam simpang penjumlahan. Yang penting, maklum balas ini adalah negatif kerana ia ditolak daripada input.
- Jika V keluar meningkat (iaitu output sistem menjadi lebih tinggi daripada yang dikehendaki) maklum balas mengurangkan ralat membawa V keluar kembali ke arah nilai yang dikehendaki.
- Jika V keluar berkurangan (iaitu output sistem menjadi lebih rendah daripada yang dikehendaki) maklum balas meningkatkan ralat memandu V keluar kembali ke arah nilai yang dikehendaki.
5. Persamaan Maklum Balas Umum : Persamaan maklum balas umum untuk sistem ini biasanya dinyatakan sebagai
Persamaan ini mengaitkan keluaran V keluar kepada input Vin dan faktor maklum balas β melalui keuntungan penguat G. Ia menunjukkan bagaimana sistem menggunakan maklum balas negatif untuk mengawal dan mengawal keluaran agar sepadan dengan input yang dikehendaki.
Fungsi Pemindahan Maklum Balas Negatif
Fungsi pemindahan mentakrifkan persamaan yang mewakili hubungan antara kedua-dua input dan output. Ia memberitahu kita bagaimana perubahan dalam input mempengaruhi output. Dalam maklum balas negatif, kami mempunyai isyarat perantaraan yang diwakili oleh Z. Isyarat perantaraan ini mewakili perbezaan antara output dan input.
Untuk fungsi pemindahan persamaan maklum balas negatif, Z digunakan untuk mengira isyarat ralat atau pembetulan yang diperlukan untuk membawa sistem lebih dekat kepada nilai output yang dikehendaki.
Rajah blok berikut menunjukkan sistem maklum balas negatif. Dengan menggunakan rajah ini, kita boleh mengira fungsi pemindahan untuk sistem maklum balas negatif:
Output sistem maklum balas negatif adalah sama dengan Y(s):
Maklum Balas Negatif dalam Penguat Operasi
Dalam konfigurasi maklum balas negatif, sebahagian daripada output (V) op-amp diberikan kepada terminal penyongsangan input (-). Isyarat keluaran ini akan ditolak daripada rujukan input. Ia membantu mengawal dan menstabilkan keuntungan penguat.
Menggunakan maklum balas negatif dalam litar op-amp, anda boleh menetapkan tahap keuntungan yang diingini sambil mengekalkan kestabilan sistem. Maklum balas negatif mengurangkan ketaklinearan dalam ciri op-amp, menjadikannya beroperasi lebih hampir kepada gelagat ideal.
Litar penguat kendalian maklum balas negatif (op-amp) direka bentuk dengan menggunakan op-amp sebagai komponen pusat. Op-amp mempunyai dua input: satu adalah penyongsangan (-), dan satu lagi bukan penyongsangan (+). Ia mempunyai satu terminal keluaran. Untuk sistem maklum balas negatif, kami akan menggunakan bahagian penyongsangan op-amp.
Litar ini biasanya termasuk:
- Perintang masukan (Rin) menyambungkan sumber tunggal ke input penyongsangan (-) op-amp.
- Perintang maklum balas (Rf) yang menyambungkan output op-amp ke input penyongsangan (-).
- Sambungan kepada beban pada output op-amp.
Anda boleh mendapatkan keuntungan dengan menggunakan nisbah Rf kepada Rin. Maklum balas negatif ini menstabilkan dan mengawal tingkah laku op-amp. Ia berfungsi dengan meminimumkan perbezaan voltan antara dua input penyongsangan dan bukan penyongsangan. Ia mewujudkan litar pintas maya di antara mereka. Akibatnya, op-amp melaraskan voltan keluarannya untuk mengekalkan keseimbangan ini—menjadikannya sebagai penguat yang berkesan dengan keuntungan terkawal.
Contoh 1: Mengira Keuntungan Gelung Tertutup
Sistem mempunyai keuntungan sebanyak 60 dB tanpa maklum balas. Pecahan maklum balas negatif ialah 1/20, cari keuntungan gelung tertutup (dalam dB) dengan penambahan maklum balas negatif.
Penyelesaian:
Keuntungan gelung tertutup dengan maklum balas negatif diberikan oleh formula:
Dalam kes ini, keuntungan gelung terbuka ialah 60 dB, dan pecahan maklum balas ialah 1/20.
Jadi, dengan pecahan maklum balas 1/20, keuntungan gelung tertutup sistem ialah 86.02 dB.
Contoh 2: Mengira Keuntungan Voltan
Jika penguat pada mulanya mempunyai keuntungan voltan sebanyak 3000 (tanpa maklum balas) dan kemudian terdiri daripada maklum balas voltan negatif dengan pecahan maklum balas mv = 0.01. Apakah keuntungan voltan baharu penguat itu?
Penyelesaian :
Anda boleh menggunakan formula keuntungan voltan untuk penguat dengan maklum balas voltan negatif—untuk mengira keuntungan voltan penguat:
Dalam formula di atas:
A f = Keuntungan voltan dengan maklum balas
A = Keuntungan voltan tanpa maklum balas
mv = Pecahan maklum balas
Di sini kita ada:
Keuntungan voltan tanpa maklum balas (A) = 3000
Pecahan maklum balas (mv) = 0.01
Sekarang, masukkan nilai ini ke dalam formula:
Jadi, keuntungan voltan penguat dengan maklum balas voltan negatif adalah lebih kurang 96.77.
Contoh 3: Mengira Rintangan Maklum Balas
Tentukan nilai yang sesuai untuk rintangan maklum balas, R 1 dan R 2 . Anda perlu menstabilkan litar penguat bukan terbalik menggunakan penguat kendalian dengan keuntungan voltan gelung terbuka (AVOL) sebanyak 220,000. Keuntungan gelung tertutup yang disasarkan anda ialah 40.
Penyelesaian :
Persamaan maklum balas gelung tertutup am ialah:
Untuk mendapatkan pecahan maklum balas β, susun semula persamaan di atas:
Dalam kes ini, keuntungan gelung terbuka terlalu tinggi. Jadi, pecahan maklum balas β akan lebih kurang sama dengan timbal balik keuntungan gelung tertutup 1/G. Oleh kerana nilai 1/A terlalu kecil, lebih kurang sama dengan (0.025).
Perintang R1 dan R2 dalam konfigurasi di atas membentuk litar pembahagi potensi voltan bersiri. Anda boleh mencari keuntungan voltan gelung tertutup seperti berikut:
Mari kita andaikan nilai untuk R2 sebagai 1000 Ω (1 kΩ). Kemudian nilai untuk R 1 boleh ditulis sebagai
Jadi, untuk litar penguat bukan terbalik dengan keuntungan 40, anda perlu memilih R 1 daripada 39 kΩ dan R 2 daripada 1 kΩ.
Perbezaan Antara Sistem Maklum Balas Positif dan Negatif
Anda boleh mencari perbezaan antara sistem maklum balas positif dan negatif dalam jadual di bawah:
| Perbezaan Jenis Maklum Balas | Maklum balas positif | Maklumbalas negatif |
|---|---|---|
| Definisi | Dalam maklum balas ini, maklum balas rujukan dan isyarat input ditambah. | Dalam jenis ini, maklum balas keluaran ditolak daripada input rujukan. |
| Nomenklatur | Maklum balas positif atau Maklum balas penjanaan semula. | Maklum balas negatif atau Maklum balas degeneratif. |
| Tujuan | Menguatkan atau meningkatkan isyarat. | Menstabilkan atau mengawal isyarat. |
| Kesan pada Sistem | Boleh membawa kepada tingkah laku dan ayunan yang tidak dapat diramalkan. | Menggalakkan kebolehramalan dan operasi keadaan mantap. |
| Dapatkan Arah | Meningkatkan keuntungan sistem. | Mengurangkan keuntungan sistem. |
| Penggunaan | Penguat audio, dan pengayun kelonggaran. | Penguat operasi (Op-Amps), sistem kawalan maklum balas. |
| Kestabilan | Selalunya membawa kepada ketidakstabilan. | Meningkatkan kestabilan sistem. |
| Sebagai contoh | Pencetus dan flip-flop Schmitt. | Penguat voltan, dan pengawal suhu. |
Aplikasi dan Sifat Sistem Maklum Balas Negatif
Sistem maklum balas negatif mempunyai banyak aplikasi dalam elektronik umum. Sistem ini meningkatkan ketidakstabilan sistem, kelinearan sistem, tindak balas frekuensi dan tindak balas langkah. Disebabkan oleh faedah sistem maklum balas negatif ini, banyak litar penguat merentasi elektronik mempunyai sistem maklum balas negatif.
Beberapa penerangan terperinci tentang sistem maklum balas negatif diberikan di bawah:
Kestabilan : Sistem maklum balas negatif mengurangkan sisihan dari titik yang dikehendaki, menghasilkan sistem yang lebih stabil. Sebagai contoh, termostat memastikan bahawa suhu kekal dekat dengan nilai yang dipilih.
Ketepatan: Sistem maklum balas negatif meningkatkan ketepatan sistem dengan meminimumkan ralat. Dalam litar penguat, maklum balas negatif mengurangkan herotan dan menghasilkan isyarat yang lebih stabil pada output.
Kawalan Lebar Jalur : Anda juga boleh mengawal lebar jalur penguat dengan bantuan sistem maklum balas negatif. Ini menjadikan mereka sesuai untuk beberapa aplikasi. Aplikasi ini termasuk penguatan audio kepada penguatan frekuensi radio.
Pengurangan Bunyi : Maklum balas negatif boleh mengurangkan bunyi dan gangguan yang tidak diingini. Pengurangan hingar mempunyai pelbagai aplikasi dalam bidang sistem audio dan peranti komunikasi.
Respons Dinamik : Sistem maklum balas negatif mempunyai keupayaan tindak balas dinamik. Sistem ini boleh menyesuaikan mengikut keadaan yang diberikan. Contoh tindak balas dinamik termasuk sistem kawalan pelayaran kereta.
Kesan Maklum Balas Negatif terhadap Lebar Jalur
Lebar jalur menerangkan julat frekuensi operasi untuk penguat dengan keuntungan berterusan. Sistem dengan lebar jalur yang lebih tinggi bermakna penguat boleh mengendalikan lebih banyak frekuensi. Maklum balas negatif mengurangkan keuntungan penguat dengan memberikan output pada bahagian input. Ini meningkatkan kestabilan dan kelinearan sistem, tetapi sebagai hasilnya, juga mengurangkan keuntungan sistem.
The kesan maklum balas negatif terhadap lebar jalur bergantung pada jenis dan jumlah maklum balas yang digunakan. Secara amnya, maklum balas negatif meningkatkan lebar jalur dengan mengurangkan keuntungan sistem. Produk lebar jalur keuntungan, yang merupakan ukuran prestasi penguat, kekal malar tanpa mengira maklum balas.
Sebagai contoh , pertimbangkan litar penguat tanpa maklum balas yang mempunyai keuntungan lebar jalur 100 dan 10 kHz. Menggunakan maklum balas negatif untuk mengurangkan keuntungan kepada 10. Ini akan meningkatkan lebar jalur kepada 100 kHz. Produk lebar jalur keuntungan masih 100 × 10 kHz = 1 MHz dalam kedua-dua kes.
Walau bagaimanapun, maklum balas negatif juga mempengaruhi frekuensi pemotongan penguat. Ini adalah frekuensi di mana keuntungan sistem menurun daripada nilai maksimum. Maklum balas negatif merendahkan kekerapan potong dan meningkatkan kekerapan potong atas. Ini akan mengakibatkan melebarkan keluk tindak balas frekuensi penguat. Kesan bersih maklum balas negatif pada lebar jalur adalah untuk menukar keuntungan untuk lebar jalur.
Ini bermakna penggunaan maklum balas negatif akan meningkatkan julat frekuensi yang boleh dikendalikan oleh penguat. Tetapi semua ini datang dengan kos mengurangkan faktor penguatannya.
Kesimpulan
Sistem maklum balas negatif boleh mengawal atau melaraskan output dengan menyediakan sebahagian daripada output di bahagian input. Maklum balas ini menjana isyarat ralat, yang akan memberikan anda sistem yang lebih stabil. Isyarat ralat ini adalah dinamik dan memacu sistem yang lengkap. Sistem maklum balas negatif boleh meningkatkan ketepatan sistem dan juga mengawal lebar jalur. Sistem maklum balas ini digunakan dalam litar penguat seperti pembatalan hingar atau sistem kawalan pelayaran kereta. Baca lebih lanjut mengenai penerangan terperinci tentang maklum balas negatif dalam artikel ini.