какая обратная связь называется положительной
Положительная обратная связь
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её умышленно используют в технике в ситуациях, когда требуется ускорение реакции на изменение внешних параметров.
В то же время положительная обратная связь может привести к неустойчивости системы. Для примера примем, что в контуре нет фазовых задержек. При этом если коэффициент усиления в петле положительной обратной связи (в разомкнутой системе, или разомкнутом контуре), больше 1 то в системе либо возникают автоколебания (это используется в различных автогенераторах), либо система перейдёт в одно из устойчивых, квазистационарных состояний (например, различные триггеры). При равенстве 1 коэффициента усиления в разомкнутом контуре система находится на грани самовозбуждения и случайно возникшие автоколебания либо медленно затухают, либо нарастают до ограничения. При коэффициенте усиления в разомкнутом контуре меньше 1 система устойчива.
Например, автогенератор на основе усилителя с мостом Вина в цепи положительной обратной связи является примером схемы с частотно-зависимой положительной обратной связью, причем для того, чтобы этот генератор генерировал синусоидальный сигнал с малыми искажениями, петлевое усиление в схеме поддерживается с помощью амплитудно-зависимой нелинейной отрицательной обратной связи точно равным 1.
Другой пример использования положительной обратной связи в триггере Шмитта Если цифровой логический элемент либо операционный усилитель охватить правильно выбранной положительной обратной связью, образуется схема с гистерезисом, называемая триггером Шмитта. Триггер Шмитта с интегрирующей RC-цепью на входе применяется для устранения дребезга контактов, повышения помехоустойчивости сигналов датчиков (или кабельных приёмников), устранения состояния «неопределённости» в каналах связи от влияния помех и др.
Положительная обратная связь присутствует в цепных химических реакциях, автокаталитических химических реакциях, цепных реакциях деления ядер тяжелых элементов в ядерном взрыве. При управляемой ядерной реакции в ядерных реакторах эффективный коэффициент размножения нейтронов (петлевой коэффициент усиления, в терминах авторегулирования) поддерживается равным 1 с помощью следящей системы регулирования положения поглощающих нейтроны стержней.
Нелинейная положительная обратная связь приводит к развитию в системе режима с обострением.
Положительная обратная связь
Как мы видели, отрицательная обратная связь является невероятно полезным инструментом применительно к операционным усилителям. Она позволяет нам создавать все эти практические схемы с возможностью точно устанавливать коэффициенты усиления, скорости и другие значимые параметры с помощью всего лишь нескольких изменений номиналов резисторов. Отрицательная обратная связь делает все эти схемы стабильными и самокорректирующимися.
Основной принцип отрицательной обратной связи состоит в том, что выходной сигнал имеет тенденцию двигаться в направлении, которое создает условие равновесия (баланса). В схеме на операционном усилителе без обратной связи отсутствует корректирующий механизм, и выходное напряжение будет насыщаться при минимальной величине дифференциального напряжения, приложенного между входами. Результатом является компаратор.
С отрицательной обратной связью (выходное напряжение каким-то образом подается обратно на инвертирующий вход) схема имеет тенденцию препятствовать тому, чтобы выходное напряжение доходило до полного насыщения. Скорее выходное напряжение доходит до такого высокого или низкого значения, чтобы уравновешивать напряжения двух входов:
Отрицательная обратная связь
Независимо от того, будет ли выход соединен с инвертирующим (-) входом напрямую или через набор компонентов, эффект будет тем же: чрезвычайно высокий дифференциальный коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя будет «приручен», и схема будет реагировать в соответствии с предписанием «петли» обратной связи, соединяющей выход с инвертирующим входом.
Другой тип обратной связи, а именно положительная обратная связь (ПОС), также находит применение в схемах на операционных усилителях. В отличие от отрицательной обратной связи, когда выходное напряжение подается обратно на инвертирующий (-) вход, при положительной обратной связи выходное напряжение каким-либо способом направляется обратно на неинвертирующий (+) вход. В простейшей форме мы могли бы подключить просто кусок провода от выхода до неинвертирующего входа и посмотреть, что произойдет:
Положительная обратная связь
Инвертирующий вход остается неподключенным к петле обратной связи и может принимать внешнее напряжение. Посмотрим, что произойдет, если соединим инвертирующий вход с землей:
Положительная обратная связь, инвертирующий вход соединен с землей
Когда инвертирующий вход соединен с землей (удерживается на нуле вольт), выходное напряжение будет определяться величиной и полярностью напряжения на неинвертирующем входе. Если это напряжение будет положительным, операционный усилитель будет так же выдавать положительное напряжение, подавая это положительное напряжение обратно на неинвертирующий вход, что приведет к полному положительному насыщению на выходе. С другой стороны, если напряжение на неинвертирующем входе отрицательно, на выходе операционного усилителя будет так же отрицательное напряжение, которое будет подаваться обратно на неинвертирующий вход, и в результате получится полное отрицательное насыщение.
Здесь мы имеем схему, выход которой бистабилен: стабилен в одном из двух состояний (насыщенное положительное или насыщенное отрицательное). Как только он достигнет одного из этих насыщенных состояний, он будет оставаться в этом состоянии неизменным. То, что необходимо для его переключения, – это напряжение, приложенное к инвертирующему (-) входу с той же полярностью, но немного большему по величине. Например, если наша схема насыщена при выходном напряжении +12 вольт, то для изменения выходного напряжения необходимо напряжение не менее +12 вольт на инвертирующем входе. Когда состояние на выходе изменится, то это будет полностью насыщенное отрицательное состояние.
Таким образом, операционный усилитель с положительной обратной связью имеет тенденцию оставаться в любом состоянии выхода, в котором он уже находится. Он «защелкивается» в одном из двух состояний, насыщенном положительном или насыщенном отрицательном. Технически это явление известно как гистерезис.
Гистерезис может быть полезным свойством для схемы компаратора. Как мы видели ранее, компараторы могут быть использованы для создания прямоугольного сигнала из сигнала любого типа (синусоидального, треугольного, пилообразного и т.д.). Если входной сигнал переменного тока является бесшумным (то есть «чистым» сигналом), простой компаратор будет работать нормально.
«Чистый» входной сигнал переменного напряжения создает предсказуемые точки перехода в выходном напряжении прямоугольной формы
Однако если имеются какие-либо аномалии в форме сигнала, такие как гармоники или «выбросы», которые вызывают значительное повышение и падение напряжения в течение одного периода, выход компаратора может переключать состояния неожиданно:
Реагирование компаратора на «грязную» синусоиду
Каждый раз, когда происходит переход через опорный уровень напряжения, независимо от того, насколько крошечный этот переход может быть, выход компаратора будет переключать состояние, создавая прямоугольный сигнал с «глюками».
Если мы добавим в схему компаратора небольшую положительную обратную связь, мы введем гистерезис в выходной сигнал. Этот гистерезис заставит выход оставаться в своем текущем состоянии, если только входное переменное напряжение не претерпит существенного изменения величины.
Введение положительной обратной связи в схему компаратора
То, что создает резистор обратной связи, является двумя опорными уровнями в схеме компаратора. Напряжение, подаваемое на неинвертирующий (+) вход в качестве опорного уровня, который сравнивается с входным переменным напряжением, изменяется в зависимости от значения выходного напряжения операционного усилителя. Когда выход операционного усилителя насыщен положительно, опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более положительным, чем ранее. С другой стороны, когда выход ОУ насыщен отрицательно, то опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более отрицательным, чем ранее. Результат легче понять на графике:
Реагирование компаратора с положительной обратной связью на «грязную» синусоиду
Когда выход операционного усилителя насыщен положительно, действует верхнее опорное напряжение, и выходное напряжение не будет падать до отрицательного уровня насыщения, если входное напряжение не поднимется выше этого верхнего опорного уровня. С другой стороны, когда выход ОУ насыщен отрицательно, действует нижнее опорное напряжение, и выходное напряжение не поднимется до положительного уровня насыщения, если входное напряжение не упадет ниже этого нижнего опорного уровня. В результате получается чистый прямоугольный выходной сигнал, несмотря на значительное количество искажений входного сигнала переменного напряжения. Для того чтобы «выброс» вызвал переключение компаратора из одного состояния в другое, он должен быть, по крайней мере, столь же большим (высоким) как разность между верхним и нижним уровнями опорного напряжения и произойти в нужный момент времени, чтобы пересечь оба этих уровня.
Другим применением положительной обратной связи в схемах на операционных усилителях является построение схем генераторов. Генератор представляет собой устройство, которое создает переменное или, по меньшей мере, импульсное выходное напряжение. Технически он известен как нестабильное устройство: не имеет стабильного выходного состояния (нет какого-либо равновесия). Генераторы – это очень полезные устройства, и они легко реализуются с помощью простого операционного усилителя и нескольких внешних компонентов.
Схема генератора, использующая положительную обратную связь
Когда выход насыщен положительно, Vопор будет положительным, и конденсатор зарядится в положительном направлении. Когда Vнакл превышает Vопор на минимальную разницу, выход будет насыщен отрицательно, и конденсатор будет заряжаться в противоположном направлении (полярности). Колебание происходит, потому что положительная обратная связь мгновенна, а отрицательная обратная связь имеет задержку (с помощью постоянной времени RC цепи). Частоту этого генератора можно регулировать, изменяя размер любого компонента.
Положительная обратная связь
Положи́тельная обра́тная связь (ПОС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых (автоколебательных) систем, называемых генераторы (производители).
Автогенератор на основе усилителя с мостом Вина в цепи положительной обратной связи является примером частотно-зависимой ПОС.
Если цифровой логический элемент охватить небольшой ПОС, получится схема с гистерезисом (или триггер Шмитта), которая с успехом применяется для устранения дребезга контактов, устранения ложных срабатываний датчиков (или кабельных приёмников) от влияния помех, и др.
Нелинейная положительная обратная связь ведёт к тому, что система начинает развиваться в режиме с обострением.
См. также
Полезное
Смотреть что такое “Положительная обратная связь” в других словарях:
положительная обратная связь — Обратная электрическая связь, при которой сигнал, передаваемый в предшествующую цепь или каскад, находится в той же фазе, что и сигнал, проходящий через эту цепь или каскад. [ГОСТ 24375 80] Тематики телевидение, радиовещание, видео Обобщающие… … Справочник технического переводчика
положительная обратная связь — Ситуация, когда результат природного процесса стимулирует процесс, ее вызывающий. → Рис. 261, с. 565 … Словарь по географии
Положительная обратная связь — 12. Положительная обратная связь Обратная электрическая связь, при которой сигнал, передаваемый в предшествующую цепь или каскад, находится в той же фазе, что и сигнал, проходящий через эту цепь или каскад Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
положительная обратная связь — teigiamasis grįžtamasis ryšys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. positive feedback; regenerative feedback vok. Mitkopplung, f; positive Rückführung, f; positive Rückkopplung, f rus. положительная обратная связь, f pranc. réaction… … Automatikos terminų žodynas
положительная обратная связь — teigiamasis grįžtamasis ryšys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. positive feedback; regenerative feedback vok. positive Rückkopplung, f rus. положительная обратная связь, f pranc. réaction positive, f; rétroaction positive, f … Fizikos terminų žodynas
Положительная обратная связь — 1. Обратная электрическая связь, при которой сигнал, передаваемый в предшествующую цепь или каскад, находится в той же фазе, что и сигнал, проходящий через эту цепь или каскад Употребляется в документе: Приложение № 1 к ГОСТ 24375 80 … Телекоммуникационный словарь
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ — Описание любой петли обратной связи, которая ускоряет или усиливает процесс … Толковый словарь по психологии
положительная обратная связь магнитного усилителя — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN self excitation of a transductor … Справочник технического переводчика
положительная обратная связь по реактивности — (в ядерном реакторе) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN positive reactivity feedback … Справочник технического переводчика
Положительная обратная связь
Из Википедии — свободной энциклопедии
Положи́тельная обра́тная связь (ПОС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения, то есть знак изменения сигнала обратной связи совпадает со знаком изменения входного сигнала.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её умышленно используют в технике в ситуациях, когда требуется ускорение реакции на изменение внешних параметров.
В то же время положительная обратная связь может привести к неустойчивости системы. Для примера примем, что в контуре нет фазовых задержек.
Если коэффициент усиления в петле положительной обратной связи (в разомкнутой системе, или разомкнутом контуре), больше 1, то в системе либо возникают автоколебания (это используется в различных автогенераторах), либо система перейдёт в одно из устойчивых, квазистационарных состояний (например, различные триггеры).
Если коэффициент усиления в разомкнутом контуре равен 1, система находится на грани самовозбуждения, и случайно возникшие автоколебания либо медленно затухают, либо нарастают до ограничения.
При коэффициенте усиления в разомкнутом контуре меньше 1 система устойчива.
Например, автогенератор на основе усилителя с мостом Вина в цепи положительной обратной связи является примером схемы с частотно-зависимой положительной обратной связью, причём для того, чтобы этот генератор генерировал синусоидальный сигнал с малыми искажениями, петлевое усиление в схеме поддерживается точно равным 1 с помощью амплитудно-зависимой нелинейной отрицательной обратной связи.
Другой пример использования положительной обратной связи — триггер Шмитта. Если цифровой логический элемент либо операционный усилитель охватить правильно выбранной положительной обратной связью, образуется схема с гистерезисом, называемая триггером Шмитта. Триггер Шмитта с интегрирующей RC-цепью на входе применяется для устранения дребезга контактов, повышения помехоустойчивости сигналов датчиков (или кабельных приёмников), устранения состояния «неопределённости» в каналах связи, вызванном помехами, и др.
Положительная обратная связь присутствует в цепных химических реакциях, автокаталитических химических реакциях, цепных реакциях деления ядер тяжёлых элементов в ядерном взрыве. При управляемой ядерной реакции в ядерных реакторах эффективный коэффициент размножения нейтронов (петлевой коэффициент усиления, в терминах авторегулирования) поддерживается равным 1 с помощью следящей системы регулирования положения поглощающих нейтроны стержней.
Нелинейная положительная обратная связь приводит к развитию в системе режима с обострением.
Генераторы колебаний. Функционирование генераторов. Часть 2
Составные части генератора
Большинство генераторов содержат три основных узла:
1. Усилитель. Обычно, это усилитель напряжения. Может быть классов A, B или C.
2. Цепь формирования сигнала. Она состоит из пассивных компонентов, таких как схемы фильтров, которые отвечают за форму и частоту генерируемых колебаний.
3. Цепь положительной обратной связи. Часть выходного сигнала возвращается, поступая на вход усилителя. Таким образом, восстановленный и усиленный сигнал обратной связи возвращается назад и поддерживает выходной сигнал постоянным.
В общем, генератор строится из усилителя, часть выходного сигнала которого поступает обратно на его вход. Таким образом, усилитель выдаёт сигнал на выходе без необходимости подачи на его вход какого-либо внешнего сигнала, как показано на рис. 1.1.1. Это можно также рассматривать как способ для преобразования постоянного напряжения в переменный сигнал.
Положительная обратная связь
Обратная связь в усилителе генератора должна быть положительной. Это состояние, когда часть выходного сигнала с усилителя поступает снова на вход, чтобы быть в фазе с входным, и за счёт сложения входного сигнала и сигнала обратной связи, амплитуда входного сигнала увеличивается. Например, усилитель по схеме с общим эмиттером создаёт фазовый сдвиг на 180° между его входом и выходом, тогда петля положительной обратной связи должна обеспечивать фазовый сдвиг выходного сигнала, поступающего обратно на вход, так же в 180° для того, чтобы схема положительной обратной связи работала.
Результатом небольшого “количества” положительной обратной связи является возрастающее усиление, дающееся ценой возрастающих шумов и искажений. Если величина положительной обратной связи достаточно большая, в результате получаются колебания, где усилитель выдаёт свой собственный сигнал.
Использование положительной обратной связи
Когда усилитель работает без обратной связи, то он находится в режиме с “разомкнутой петлёй”. С обратной связью (или положительной, или отрицательной) усилитель находится в режиме с “замкнутой петлёй”. В обычных усилителях отрицательная обратная связь используется реализации преимуществ касательно полосы пропускания, искажений и генерации шумов, и в этих схемах усиление при замкнутой петле обратной связи намного меньше, чем усиление при разомкнутой петле. Несмотря на это, когда используется положительная обратная связь, то усиление при замкнутой цепи обратной связи (когда она присутствует) будет больше, чем при разомкнутой цепи обратной связи, коэффициент усиления этого усилителя увеличивается за счёт обратной связи. Дополнительный эффект от введения положительной обратной связи это уменьшение полосы пропускания (но это не существенно для генераторов, производящих синусоидальные колебания одной частоты) и увеличение искажений. Несмотря на это, даже довольно сильные искажения в усилителе допустимы для некоторых конструкций синусоидальных генераторов, где форма выходного сигнала не настолько важна.
В генераторах, использующих положительную обратную связь, очень важно то, что амплитуда сигнала на выходе генератора остаётся стабильной. Так что усиление замкнутой петли обратной связи должно быть равно 1 (единице). Другими словами, коэффициент усиления усилителя должен соответствовать ослаблению сигнала в цепи обратной связи. Таким образом, там не будет возникать ни увеличения, ни уменьшения амплитуды выходного сигнала, как показано на рисунке 1.1.2.
Требования к колебаниям
Положительная обратная связь должна происходить на частоте, когда коэффициент усиления по напряжения соответствует ослаблению (делению) сигнала, которое происходит в узле обратной связи. Например, если 1/30 часть выходного сигнала поступает назад в фазе с входным сигналом на требуемой частоте, и коэффициент усиления усилителя (без учета обратной связи) при этом равен 30, то колебания будут иметь место.
Колебания должны происходить на одной конкретной частоте.
Амплитуда колебаний должна быть постоянной.
Используется множество различный конструкций генераторов, каждая конструкция обеспечивает вышеуказанные требования разными способами. Некоторые конструкции предназначены для генерирования сигналов определенной формы. или работают лучше в какой-то определенной полосе частот. Какая конструкция бы не использовалась, стабильность частоты и амплитуды выходного сигнала обеспечивается одним из трёх основных методов.
Метод 1
Убедитесь, что положительная обратная связь работает только на той частоте, которая требуется. Этого можно достигнуть, если обеспечить поступление только сигнала требуемой частоты, или обеспечив сигнал обратной связи в правильной фазе только на одной частоте.
Метод 2
Убедитесь, что достаточное усиления для колебаний имеет место только на требуемой частоте, используя усилитель с очень узкой полосой пропускания, работающий только на требуемой частоте.
Метод 3
Используйте усилитель в “ключевом режиме”, чтобы переключать выход между двумя установленными значениями напряжения, совместно с каким-нибудь способом временной задержки для управления временем, в течении которого усилитель включен или выключен, контролируя таким образом временные интервалы генерируемого сигнала.
Методы 1 и 2 широко используются в синусоидальных генераторах (в то время как метод 3 удобен для генерирования прямоугольных колебаний), и иногда называются апериодическими (расстроенными) генераторами. Генераторы, использующие метод 3, часто используют более одного усилителя и несколько времязадающих цепей, поэтому часто называются мультивибраторами.
Стабильность амплитуда
Как показано на рисунке 1.1.1, генератор должен иметь усилитель, цепь положительной обратной связи и какой-либо способ контроля частоты. В синусоидальных РЧ-генераторах частота может задаваться с помощью настраиваемого LC-контура, однако наряду с управлением частотой колебаний, также должен обеспечиваться какой-либо метод (такой как отрицательная обратная связь) для стабилизации амплитуды генерируемого сигнала.
Без такой стабилизации колебания будут либо затухать и остановятся, либо внезапно увеличится их амплитуда и усилитель будет производить сильные искажения из-за того, что транзисторы усилителя войдут в режим насыщения ( “перегрузки”) как показано на рисунке 1.1.2. Для генерирования сигнала постоянной амплитуды, коэффициент усиления усилителя автоматически “подстраивается” во время колебаний.