Geri bildirim sisteminin geleneksel sistemlere göre birçok avantajı vardır. Devrenin çıkış kazancını iyileştirmeye yardımcı olur ve devrenin doğrusal tepkisini artırır. Ayrıca, esas olarak gürültü sinyallerinden kaynaklanan sinyal bozulma olasılığını da azaltır.
Geri besleme sistemleri çoğunlukla amplifikatör devrelerinde, çıkış tabanlı kontrol sistemlerinde ve osilatör devrelerinde kullanılır. Geri bildirim sistemlerinin iki türü vardır: Pozitif geri bildirim ve Olumsuz geri bildirim. Bu makale daha çok ikinci tür geri bildirime odaklanacaktır.
Hızlı Özet:
- Elektronikte Negatif Geri Besleme Sistemi Nedir?
- Negatif Geri Besleme Devresi
- Negatif Geri Besleme Transfer Fonksiyonu
- İşlemsel Yükselteçlerde Olumsuz Geri Besleme
- örnek 1
- Örnek 2
- Örnek 3
- Olumlu ve Olumsuz Geri Besleme Sistemleri Arasındaki Fark
- Negatif Geri Besleme Sisteminin Uygulamaları ve Özellikleri
- Negatif Geribildirimin Bant Genişliğine Etkisi
- Çözüm
Elektronikte Negatif Geri Besleme Sistemi Nedir?
Bir elektrik devresindeki negatif geri besleme, elektrik devresi işlemlerini stabilize eden ve düzenleyen bir kontrol mekanizmasıdır. Entegre negatif geri besleme sistemine sahip devreler, bir çıkış sinyali alır ve bunu girişe bir sinyal olarak verir. faz karşıtlığı (tersine çevrilmiş) sinyali . Bu geri bildirim sistemi, çıkış sinyallerindeki sapmaları veya hataları azaltır.
Olumsuz geribildirim de denir dejeneratif geribildirim . Negatif geri beslemede geri besleme olarak gelen çıkış sinyali giriş referans sinyalinden çıkarılır. Çıktı şu şekilde bilinen bir hatayla sonuçlanır: geribildirim kazancı . Çıkarma işleminden sonra oluşturulan bu hata sinyali, sistem yanıtını buna göre değiştirecektir. Sistemin kazancı pozitif ise, geri beslemenin negatif kalması için çıkıştan gelen geri besleme sinyalinin giriş referans sinyalinden çıkarılması gerekir.
Olumsuz geri bildirim olduğunda çıkarıldı Referans girişinden sistemi daha kararlı hale getirir. Diyelim ki olağandışı davranış sergileyen bir sistem var; bu değişikliğe karşı koymak için sistem bir çıkış sinyali üretecek. Bu çıkış veya geri besleme sinyali, giriş sinyalini etkisiz hale getirir ve genel sistemin verimli çalışmasını sağlamak için girişi uygun şekilde değiştirir.
Negatif Geri Besleme Devresi
Negatif geri besleme devresi aşağıdaki resimde gösterilmektedir. Burada bir çıkış sinyalinin geri besleme olarak giriş tarafına geri alındığını görebilirsiniz. Giriş tarafında, referans sinyali ile geri besleme sinyali farkı arasında bir fark oluşturulur ve bu da sistemi daha da ileri götürür.
1. Bileşenler : Devre iki ana bileşenden oluşur:
- G kazancı olan bir amplifikatör.
- Geri besleme faktörü β olan bir geri besleme döngüsü.
Giriş sinyali V'dir içinde ve amplifikatörün çıkışı V'dir dışarı .
2. Toplama Kavşağı : Amplifikatörün girişinde bir toplama bağlantısı vardır (genellikle içinde eksi işareti olan bir daire ile temsil edilir). Bu bağlantı geri besleme sinyalini referans girişinden çıkaracaktır. Çıkarılan kısım, geri besleme faktörü β ile Vout çıkışının çarpımıdır; dolayısıyla hata sinyali V'dir. içinde – bV dışarı .
3. Geri Bildirim Döngüsü : Bu hata sinyali (V içinde – bV dışarı ) sistemi yönlendiren şeydir. İstenilen giriş V arasındaki farkı temsil eder. içinde ve gerçek çıkış V dışarı geri besleme faktörü β ile ölçeklendirilir.
4. Olumsuz Geribildirim : Buradaki anahtar kavram olumsuz geri bildirimdir. Çıkış V olduğunda dışarı V girişindeki herhangi bir bozulma veya değişiklikten kaynaklanan değişiklikler içinde hata sinyali (Vin – βV dışarı ) yaratıldı. Hesaplanan hata sinyali amplifikatör tarafından G kazancıyla güçlendirilecek ve toplama bağlantısına geri beslenecektir. Daha da önemlisi, bu geri bildirim negatiftir çünkü girdiden çıkarılmıştır.
- Eğer V dışarı artar (yani sistem çıkışı istenenden daha yükseğe çıkar) geri besleme V'yi getiren hatayı azaltır dışarı istenilen değere geri dönün.
- Eğer V dışarı azalır (yani sistem çıkışı istenenden daha düşük olur) geri besleme V sürüş hatasını artırır dışarı istenilen değere doğru yedekleyin.
5. Genel Geri Besleme Denklemi : Bu sistem için genel geri besleme denklemi tipik olarak şu şekilde ifade edilir:
Bu denklem V çıkışıyla ilgilidir dışarı Vin girişine ve amplifikatör kazancı G aracılığıyla geri besleme faktörü β'ya. Sistemin, çıkışı istenen girişle eşleşecek şekilde düzenlemek ve kontrol etmek için negatif geri beslemeyi nasıl kullandığını gösterir.
Negatif Geri Besleme Transfer Fonksiyonu
Transfer fonksiyonu, hem girdi hem de çıktı arasındaki ilişkiyi temsil eden bir denklemi tanımlar. Girdideki değişikliklerin çıktıyı nasıl etkilediğini bize anlatır. Negatif geri beslemede Z ile temsil edilen bir ara sinyale sahibiz. Bu ara sinyal, çıkış ve giriş arasındaki farkı temsil eder.
İçin transfer fonksiyonu Negatif geri besleme denkleminde Z, sistemi istenen çıkış değerine yaklaştırmak için gereken hata sinyalini veya düzeltmeyi hesaplamak için kullanılır.
Aşağıdaki blok diyagram negatif geri besleme sistemini göstermektedir. Bu diyagramı kullanarak negatif geri besleme sistemi için transfer fonksiyonunu hesaplayabiliriz:
Negatif geri besleme sisteminin çıktısı Y(ler)e eşittir:
İşlemsel Yükselteçlerde Olumsuz Geri Besleme
Negatif geri besleme konfigürasyonunda, op-amp çıkışının (V) bir kısmı giriş çevirme (-) terminaline verilir. Bu çıkış sinyali giriş referansından çıkarılacaktır. Amplifikatörün kazancını kontrol etmeye ve dengelemeye yardımcı olur.
Bir op-amp devresinde negatif geri beslemeyi kullanarak, sistemin kararlılığını korurken istediğiniz kazanç seviyesini ayarlayabilirsiniz. Negatif geri besleme, op-amp'in özelliklerindeki doğrusal olmayan durumları azaltarak ideal davranışa daha yakın çalışmasını sağlar.
Negatif geri beslemeli bir işlemsel yükselteç (op-amp) devresi, merkezi bileşen olarak bir op-amp kullanılarak tasarlanmıştır. Bir op-amp'in iki girişi vardır: biri eviricidir (-), diğeri ise evirici değildir (+). Bir çıkış terminali vardır. Negatif geri besleme sistemi için op-amp'lerin ters çeviren tarafını kullanacağız.
Bu devre tipik olarak şunları içerir:
- Tek kaynağı op-amp'in evirici (-) girişine bağlayan giriş direnci (Rin).
- Op-amp'in çıkışını evirici (-) girişe bağlayan bir geri besleme direnci (Rf).
- Op-amp çıkışındaki yüke bağlantı.
Kazancı Rf/Rin oranını kullanarak bulabilirsiniz. Bu olumsuz geri bildirim, op-amp'in davranışını dengeler ve kontrol eder. İki çevirici ve çevirici olmayan giriş arasındaki voltaj farkını en aza indirerek çalışır. Aralarında sanal bir kısa devre yaratır. Sonuç olarak op-amp, bu dengeyi korumak için çıkış voltajını ayarlar; bu da onu kontrollü kazanıma sahip etkili bir amplifikatör haline getirir.
Örnek 1: Kapalı Döngü Kazancının Hesaplanması
Bir sistemin geri besleme olmadan 60 dB kazancı vardır. Negatif geri besleme oranı 1/20'dir; negatif geri beslemenin eklenmesiyle kapalı döngü kazancını (dB cinsinden) bulun.
Çözüm:
Negatif geri beslemeli kapalı döngü kazancı aşağıdaki formülle verilir:
Bu durumda açık döngü kazancı 60 dB ve geri besleme oranı 1/20'dir.
Yani 1/20 geri besleme oranıyla sistemin kapalı çevrim kazancı 86,02 dB olacaktır.
Örnek 2: Gerilim Kazancının Hesaplanması
Bir amplifikatörün başlangıçta 3000'lik bir voltaj kazancı varsa (geri beslemesiz) ve daha sonra mv = 0,01'lik bir geri besleme fraksiyonu ile bir negatif voltaj geri beslemesi içeriyorsa. Amplifikatörün yeni voltaj kazancı ne olacak?
Çözüm :
Amplifikatörün voltaj kazancını hesaplamak için negatif voltaj geri beslemeli amplifikatör için voltaj kazancı formülünü kullanabilirsiniz:
Yukarıdaki formülde:
A F = Geri beslemeli gerilim kazancı
A = Geri beslemesiz gerilim kazancı
mv = Geri besleme fraksiyonu
İşte elimizde:
Geri besleme olmadan gerilim kazancı (A) = 3000
Geri bildirim fraksiyonu (mv) = 0,01
Şimdi bu değerleri formüle koyalım:
Yani negatif voltaj geri beslemeli amplifikatörün voltaj kazancı yaklaşık 96,77'dir.
Örnek 3: Geri Besleme Dirençlerinin Hesaplanması
Geri besleme dirençleri için uygun değerleri belirleyin, R 1 ve R 2 . Açık döngü voltaj kazancı (AVOL) 220.000 olan bir işlemsel yükselteç kullanarak evirmeyen bir amplifikatör devresini stabilize etmeniz gerekir. Hedeflenen kapalı döngü kazancınız 40'tır.
Çözüm :
Genel bir kapalı döngü geri besleme denklemi şöyledir:
Geri besleme fraksiyonu β'yı elde etmek için yukarıdaki denklemi yeniden düzenleyin:
Bu durumda açık çevrim kazancı çok yüksektir. Dolayısıyla geri besleme oranı β yaklaşık olarak kapalı döngü kazancı 1/G'nin tersine eşit olacaktır. 1/A değeri çok küçük olduğundan yaklaşık olarak (0,025)'e eşittir.
Yukarıdaki konfigürasyondaki R1 ve R2 dirençleri seri voltaj potansiyel bölücü devresini oluşturur. Kapalı çevrim gerilim kazancını şu şekilde bulabilirsiniz:
R2 değerinin 1000 Ω (1 kΩ) olduğunu varsayalım. O zaman R'nin değeri 1 olarak yazılabilir
Bu nedenle, kazancı 40 olan evirici olmayan amplifikatör devresi için R'yi seçmeniz gerekir. 1 39 kΩ ve R 2 1 kΩ.
Olumlu ve Olumsuz Geri Besleme Sistemleri Arasındaki Fark
Olumlu ve olumsuz geri bildirim sistemleri arasındaki farkı aşağıdaki tabloda bulabilirsiniz:
| Geri Bildirim Türü Farklılıkları | Olumlu geribildirim | Olumsuz geribildirim |
|---|---|---|
| Tanım | Bu geri bildirime referans geri bildirimi ve giriş sinyalleri eklenir. | Bu tipte çıkış geri beslemesi referans girişinden çıkarılır. |
| İsimlendirme | Olumlu geri bildirim veya Rejeneratif geri bildirim. | Olumsuz geri bildirim veya Dejeneratif geri bildirim. |
| Amaç | Bir sinyali güçlendirir veya artırır. | Bir sinyali stabilize eder veya düzenler. |
| Sistem Üzerindeki Etkisi | Tahmin edilemeyen davranışlara ve salınımlara yol açabilir. | Tahmin edilebilirliği ve kararlı durum çalışmasını destekler. |
| Yön Kazan | Sistem kazancını artırır. | Sistemin kazancını azaltır. |
| Kullanım | Ses amplifikatörleri ve gevşeme osilatörleri. | İşlemsel yükselteçler (Op-Amp'ler), geri beslemeli kontrol sistemleri. |
| istikrar | Çoğu zaman istikrarsızlığa yol açar. | Sistem kararlılığını artırır. |
| Örneğin | Schmitt tetikleyicileri ve flip-flop'lar. | Gerilim yükselteçleri ve sıcaklık kontrolörleri. |
Negatif Geri Besleme Sisteminin Uygulamaları ve Özellikleri
Negatif geri besleme sistemlerinin genel elektronikte birçok uygulaması vardır. Bu sistemler sistem kararsızlığını, sistemin doğrusallığını, frekans yanıtını ve adım yanıtını geliştirdi. Negatif geri besleme sistemlerinin bu yararları nedeniyle, elektronikteki birçok amplifikatör devresi negatif geri besleme sistemlerine sahiptir.
Negatif geri besleme sistemlerinin bazı ayrıntılı açıklamaları aşağıda verilmiştir:
istikrar : Negatif geri besleme sistemi istenilen noktadan sapmaları azaltarak daha stabil bir sistem sağlar. Örneğin bir termostat, sıcaklığın seçilen değere yakın kalmasını sağlar.
Doğruluk: Negatif geri besleme sistemleri, hataları en aza indirerek sistem doğruluğunu artırır. Bir amplifikatör devresinde negatif geri besleme distorsiyonu azaltır ve çıkışta daha kararlı bir sinyal üretir.
Bant Genişliği Kontrolü : Negatif geri besleme sistemi yardımıyla amplifikatörün bant genişliğini de kontrol edebilirsiniz. Bu onları çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir. Bu uygulamalar ses amplifikasyonunu radyo frekansı amplifikasyonuna kadar içerir.
Gürültü Azaltma : Negatif geri besleme istenmeyen gürültüyü ve paraziti azaltabilir. Gürültü azaltmanın ses sistemleri ve iletişim cihazları alanında birçok uygulaması vardır.
Dinamik Yanıt : Negatif geri beslemeli sistemler dinamik tepki verme yeteneğine sahiptir. Bu sistemler verilen koşullara göre ayarlanabilmektedir. Dinamik tepkinin bir örneği, arabanın hız sabitleyici sistemini içerir.
Negatif Geribildirimin Bant Genişliğine Etkisi
Bant genişliği, sabit kazançlı bir amplifikatörün çalışma frekansı aralığını açıklar. Daha yüksek bant genişliğine sahip bir sistem, amplifikatörün daha fazla frekansı işleyebileceği anlamına gelir. Negatif geri besleme, giriş tarafındaki çıkışı vererek amplifikatör kazancını azaltır. Bu, sistem kararlılığını ve doğrusallığını artırır ancak sonuç olarak sistem kazancını da azaltır.
negatif geri beslemenin bant genişliği üzerindeki etkisi uygulanan geri bildirimin türüne ve miktarına bağlıdır. Genellikle negatif geri besleme sistem kazancını azaltarak bant genişliğini arttırır. Bir amplifikatörün performansının ölçüsü olan kazanç bant genişliği çarpımı, geri beslemeden bağımsız olarak sabit kalır.
Örneğin 100 ve 10 kHz bant genişliği kazancına sahip geri beslemesiz bir amplifikatör devresini düşünün. Kazanımı 10'a düşürmek için negatif geri besleme uygulamak. Bu, bant genişliğini 100 kHz'e çıkaracaktır. Kazanç-bant genişliği çarpımı her iki durumda da hala 100 × 10 kHz = 1 MHz'dir.
Ancak negatif geri besleme amplifikatörün kesme frekanslarını da etkiler. Sistemin maksimum değerden düştüğü frekanslardır. Negatif geri besleme kesme frekansını düşürür ve üst kesme frekansını yükseltir. Bu, amplifikatörün frekans tepki eğrisinin genişlemesine neden olacaktır. Negatif geri beslemenin bant genişliği üzerindeki net etkisi, kazancın bant genişliği ile takas edilmesidir.
Bu, negatif geri beslemenin uygulanmasının bir amplifikatörün işleyebileceği frekans aralığını artıracağı anlamına gelir. Ancak tüm bunlar, amplifikasyon faktörünün azaltılması pahasına geliyor.
Çözüm
Negatif geri besleme sistemi, çıkışın bir kısmını giriş tarafında sunarak çıkışı kontrol edebilir veya ayarlayabilir. Bu geri bildirim, size daha kararlı bir sistem sağlayacak bir hata sinyali üretir. Bu hata sinyali dinamiktir ve tüm sistemi çalıştırır. Negatif bir geri besleme sistemi, sistem doğruluğunu artırabilir ve aynı zamanda bant genişliğini de kontrol edebilir. Bu geri bildirim sistemi, gürültü engelleme veya araba hız kontrol sistemleri gibi amplifikatör devrelerinde kullanılır. Bu makaledeki olumsuz geri bildirimin ayrıntılı açıklaması hakkında daha fazla bilgi edinin.