به فروشگاه خودتان خوش اومدید...

آموزش تخصصی و جامع سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی

تعریف سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی

هر گاه قسمتی از سیگنال خروجی در یک تقویت کننده به ورودی آن برگشت داده شود

اصطلاحا گفته میشود که عمل فیدبک یا سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی  انجام داده شده است. اگر سیگنال برگشتی با سیگنال ورودی جمع شود،

فیدبک را مثبت و اگر کم شود فیدبک را منفی می نامند.

 

ولتاژهای فیدبک سیگنال ها رو پردازش میکنندو ولتاژهای این مدلی رو  پردازشگرهای سیگنال می گویند.

قسمت پردازشگر ولتاژ فیدبک ممکنه الکتریکی  یا الکترونیکی و دارای مدارهای خیلی ساده تا مدارهای پیچیده ای باشد.

 

آنالوگ ساده ای از مدارهای کنترل ولتاژ فیدبک میتوانداز اجزای فردی

یا مجزا مثل ترانزیستورها، خازن ها، مقاومت ها و … استفاده کند،یا میتواند مدار های یکپارچه

و مبتنی بر میکروپروسسور ها رو بکار ببره تا ولتاژهای فیدبک دیجیتال پیچیده تری رو تشکیل بدهد.

 

سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی با چرخه ی باز دارای انتهای باز هستند و در صورت بروز تغییرات

در مدار و یا تحولاتی که در حین تغییر پارامترهای مدار مثل ثبات، درجه حرارت

تغییرات ولتاژ تغذیه و یا اختلالات خارجی که بوجود میاد، هیچ تلاشی برای جبران آنها وجود ندارد.

تاثیرات ناپایدار این “چرخه های باز” میتواندحذف بشود و یا حداقل به طور قابل ملاحظه ای بوسیله ی ولتاژ فیدبک کاهش پیدا کند.

 

ولتاژ سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی

سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی بازخوردی است که تو این سیستم سیگنال خروجی نمونه برداری میشود

و بعد دوباره به ولتاژ ورودی تبدیل میشودتا یه سیگنال خطا رو که سیستم رو تحت تاثیر قرار میدهد ایجاد کند.

در سیستم چرخه ی بسته، فیدبک از یه زیر مدار ساخته شده

که به قسمتی از سیگنال خروجی، این اجازه رو میده تا سیگنال ورودی موثر را به شکل

سیگنال پاسخگو تغییر دهد تا بتواند بطور قابل توجهی، تفاوتی در پاسخ ایجاد شده در نبود فیدبک بوجود بیاورد.

 

ولتاژهای سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی خیلی مفید هستند و بطور گسترده ای در مدارهای

amplifier ، نوسانگر ها و سیستم کنترل پردازش، مانند سایر سیستم های الکترونیک، استفاده میشوند.

اما برای اینکه ولتاژ فیدبک به عنوان یه ابزار موثر در بیاید باید به عنوان یه سیستم کنترل نشده، تحت کنترل دربیاید،

که در اینصورت یا نوسان میکند و یا شکست میخورد. مدل پایه ی سیستم فیدبک رو به عنوان مثال در ادامه مشاهده کنید:

 

 

دیاگرام بلاک سیستم فیدبک:

حساسیت، کنترل و راه اندازی، مفهوم اصلی پشت یه سیستم کنترل فیدبک است

و چند تا دلیل خوب وجود دارد که چرا تو مدار های الکترونیکی،  فیدبک اعمال و استفاده میشود:

  • ویژگی های مدار مثل دریافت و پاسخ سیستم رو میشود دقیقا کنترل کرد.
  • ویژگی های مدار میتواند مستقل از شرایط عملیاتی باشد مثل ولتاژ مورد نیاز یا تغییرات دمایی.
  • تحریف سیگنال بعلت ماهیت غیر خطی اجزای استفاده شده میتوند بشدت کاهش پیدا کند.
  • پاسخ فرکانسی و پهنای باند یک مدار یا سیستم میتواند به راحتی با یه سری محدودیت ها کنترل بشود.

در حالیکه مدل های مختلفی از سیستم های کنترل وجود دارد

تنها دو مدل از feedback control موجود است: فیدبک منفی و فیدبک مثبت.

 

سیستم های فیدبک مثبت:

در سیستم کنترل فیدبک مثبت، نقطه ی تنظیم و مقادیر خروجی، هر دو با هم

بوسیله ی کنترولر به عنوان فیدبک اضافه شده که با جریان ورودی در ارتباط است.

تاثیر فیدبک مثبت ( فیدبک احیا کننده) افزایش بهره وری سیستم است.

 

با این حال، در الکترونیک و سیستم های کنترل با فیدبک مثبت میتوان

بازدهی سیستم رو خیلی بالا ببرد و هم میتواند واکنش مدار نوسان رو بالا برد،

همانطور که مقدار سیگنال ورودی موثر افزایش پیدا میکند.

 

 amplifier الکترونیک مبتنی بر تقویت کننده های عملیاتی

یا op-amp ) Operational amplifier) میتواند مثال خوبی از سیستم فیدبک مثبت باشد.

کنترل فیدبک مثبت op-amp که میتواندبوسیله قسمت کوچکی از سیگنال ولتاژ خروجی

در Vout با توجه به ترمینال ورودی غیرمعکوس از طریق مقاومت فیدبک RF ، بدست بیاید.

 

اگه ولتاژ ورودی Vin مثبت باشد، amplifier های op-amp مثبت این سیگنال و سیگنال خروجی، مثبت تر میشوند!

بعضی از ولتاژهای خروجی بوسیله ی شبکه ی فیدبک به قسمت ورودی ولتاژ برمیگردد.

بدین ترتیب ولتاژ ورودی مثبت تر میشود و به همان مقدار ولتاژ خروجی هم بیشتر میشود.

 

به همین ترتیب، اگه ولتاژ ورودی Vin منفی باشد، به صورت عکس عمل میکند

و op-amp در خط عرضه ی منفی اشباع میشود. بعد از آن میتوانیم ببینیم که فیدبک مثبت

به مدار اجازه نمیدهد تا مدار به عنوان amplifier عمل کند و ولتاژ خروجی خیلی سریع تو یکی از خط های عرضه اشباع میشود.

 

توجه داشته باشید اگه GH = 1 باشد، Av بدست آمده برای سیستم برابر با بینهایت خواهد بود

و مدار بصورت خودکار شروع به نوسان میکند، که بعداز آن هیچ سیگنال ورودی ای برای حفظ این نوسان لازم نیست،

اگه بخواهید یه نوسانگر درست کنیداین امر برای شما مفید خواهد بود.

 

با اینکه زیاد خوشایند به نظر نمیرسد، اما از این روش در لوازم الکترونیکی برای دریافت پاسخ بسیار سریع

سوئیچینگ به یه وضعیت یا سیگنال استفاده میشود. مثالی که میشود درمورد استفاده ی فیدبک مثبت بهش اشاره کرد

تاخیر تو دستگاه یا سیستمی است که حالت خاصی رو حفظ میکند

تا زمانی که برخی از ورودی ها از آن آستانه ی از پیش تعیین شده عبور کند. به این مدل از حرکت میگویند”بی ثباتی”

و اغلب همراه با گیت ها و دستگاه های سوئیچینگ مانند مولتی ویبراتورها هستند.

 

ما مشاهده کردیم که فیدبک مثبت یا فیدبک بازسازی کننده امکان بی ثباتی رو داخل سیستم بالا میبرد

که ممکن است باعث نوسان خودکار بشود، همانطور که فیدبک مثبت بصورت گسترده در مدار نوسان استفاده شده

مانند نوسانگرها و مدارهای زمان سنج. برای جبران انرژی از دست رفته

و جلوگیری از میرا بودن پالس ایجاد شده در نوسان ساز ها از فیدبک مثبت استفاده میشود.

 

سیستم فیدبک منفی:

در یه سیستم کنترل فیدبک منفی، نقطه ی تنظیم و مقادیر خروجی از هم دیگر جدا شده اند،

به صورتی که فیدبک به صورت “غیر هم فاز با فاز ورودی” است

یعنی اگه فاز ورودی مثبت باشد، فید بک دارای فاز منفی خواهد بود و بالعکس.

تاثیر فیدبک منفی، کم کردن بهره وری خروجی است. برای مثال اگه کسی از شما انتقاد کند

یا فیدبک یا بازخورد منفی ای رو در مورد چیزی به شما بگوید، در مورد خود احساس ناراحتی میکنید

و این  باعث میشود که انرژی درونتان کم شود و کمتر انرژی مثبت داشته باشید.

 

چون فیدبک منفی پاسخ های پایدار مدار رو تولید میکند، پایداری رو تقویت و پهنای باند عملیات رو افزایش میدهد

اکثر سیستم های فید بک و کنترل فید بک  تاثیراتی که به بهره وری مدار وارد میشود رو کاهش میدهند.

 

یه مثال ساده از سیستم فیدبک منفی، میشه به یه amplifier الکترونیکی

مبتنی بر تقویت کننده های عملیاتی که در شکل زیر میبینید اشاره کرد:

 

 

سیستم کنترل فیدبک منفی amplifier

از طریق قسمت کوچکی از سیگنال ولتاژ خروجی در Vout

با توجه به ترمینال ورودی معکوس بوسیله ی مقاومت فیدبک Rf ، بدست می آید.

 

اگر ولتاژ ورودی Vin مثبت باشد، op-amp amplifier ها نیز سیگنال مثبتی خواهند داشت.

اما به علت متصل بودنش با جریان ورودی معکوس amplifier ، جریان خروجی هم منفی تر میشود.

بعضی از این ولتاژهای خروجی بوسیله ی شبکه ی فیدبک Rf به ورودی برگردانده میشوند.

 

به این ترتیب ولتاژ ورودی از طریق سیگنال فیدبک منفی کاهش پیدا میکند

که باعث ایجاد ولتاژ خروجی خیلی کوچک و ضعیفی میشود. در نهایت هم ولتاژ خروجی در مدار مستقر میشود

و در مقداری که توسط ضریب Rf ÷ Rin مشخص شده تثبیت میشود.

 

وارونگی فیدبک

اگه ولتاژ ورودی Vin منفی باشد، فرایند وارونگی بوجود می آید و ولتاژ خروجی op-amps مثبت میشود

(قبلش منفی بوده که در اثر وارونگی مثبت شده) که به سیگنال منفی ولتاژ ورودی اضافه میشود.

بعداز آن میبینیم که فیدبک منفی به مدار اجازه میدهد تا به عنوان یه amplifier عمل کند،

البته تا زمانی که ولتاژ خروجی در محدوده ی اشباع شده باشد.

 

برای درک بهتر یه مثال ساده میزنیم: وقتی جریانی در یک تقویت کننده برقرار میشود،

حرارتی در المان های مدار تقویت کننده ایجاد میشود. حرارت ایجاد شده خود باعث افزایش جریان میشود

و متقابلا این افزایش جریان حرارت بیشتری رو باعث میشود، این چرخه بقدری ادامه پیدا میکند

تا المان های اصلی تقویت کننده بر اثر دمای زیاد میسوزند. برای جلوگیری از این معضل از فیدبک منفی استفاده میشود

بطوریکه نمونه ای از سیگنال خروجی را تغییر فاز داده و به ورودی اولیه ی مدار تقویت کننده اعمال میکنند

تا میزان جریان خروجی کاهش یافته و پایداری و ثبات در مدار برقرار گردد.

 

از فیدبک منفی در amplifier و سیستم های کنترل پردازش بیشتر استفاده میشود، چون به عنوان یه قانون

سیستم فیدبک منفی پایدارتر از سیستم فیدبک مثبت است، و گفته میشود اگر یه سیستم با فیدبک منفی

بوسیله ی خودش تو هر فرکانسی دچار نوسان نشود، این فیدبک پایدار خواهد بود، بجز در شرایط خاصی که در مدار بوجود می آید.

 

مزیت دیگری که فیدبک منفی دارد باعث میشود تا کنترل سیستم در برابر تغییراتی که در اجزا و ولتاژ ورودی بوجود می آید

ایمن تر باشد. میدانیم که هر عملی عکس العملی دارد، پس حواستون باشدکه سیستم فیدبک منفی

بطور قابل توجهی ویژگی های عملیاتی یه سیستم رو تغییر میدهد.

 

طبقه بندی سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی :

تا به الان دیدیم که سیگنال خروجی به ترمینال ورودی باز پس فرستاده میشه

که این عمل میتونه هم در سیستم فیدبک منفی وهم در سیستم فیدبک مثبت انجام بشه.

اما روشی که باهاش سیگنال خروجی اندازه گرفته میشه و به عنوان ولتاژ ورودی مدار معرفی میشه

میتونه به چهار طبقه بندی بسیار متفاوت از فیدبک تقسیم بشه.

 

بر اساس مقدار ورودی تقویت شده، و با توجه به شرایط خروجی مورد نظر،

متغیرهای ورودی و خروجی میتونن بصورت ولتاژ و یا بصورت جریان در بیان.

درنتیجه سیستم فیدبک تک چرخه ای به چهار مدل پایه طبقه بندی میشه

که در این طبقه بندی ها سیگنال خروجی به ورودی برگردانده میشود. این طبقه بندی شامل:

 

  • Series-Shunt Configuration : ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی یا ولتاژ کنترل شده ی منبع ولتاژ (VCVS).
  • Shunt-Shunt Configuration : جریان ورودی و ولتاژ خروجی یا جریان کنترل شده ی منبع ولتاژ (CCVS).
  • Series-Series Configuration : ولتاژ داخلی و جریان خروجی یا ولتاژ کنترل شده ی منبع جریان (VCCS).
  • Shunt-Series Configuration : جریان ورودی و جریان خروجی یا جریان کنترل شده ی منبع جریان (CCCS).

 

این نام گذاری ها بر اساس شیوه ای که شبکه ی فیدبک بین جریان ورودی و جریان خروجی شکل گرفته  است نام گذاری شده

که در تصاویر زیر نشان داده میشود.

 

سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی Series-Shunt :

این نوع از سیستم فیدبک اسم دیگرش series voltage feedback (فیدبک ولتاژ سری) است،

و به عنوان ولتاژ- ولتاژ کنترل شده ی سیستم فیدبک عمل میکند.

ولتاژ خطا باز پس فرستاده شده از شبکه ی فیدبک با ولتاژ ورودی بصورت سری است.

ولتاژی که از ولتاژ خروجی باز پس فرستاده شده متناسب با خود ولتاژ خروجی است، همانطور که Vo موازی یا shunt شانت متصل است.

برای اتصال series-shunt ، configuration یا پیکربندی به عنوان ولتاژ خروجی Vout ، و Vin

به عنوان ولتاژ ورودی، تعریف میشود. بیشتر مدارهای معکوس کننده و غیرمعکوس کننده،  با فیدبک series-shunt کار میکنند

و ولتاژی رو به عنوان ولتاژ amplifier یا ولتاژ تقویت کننده تولید میکند. به عنوان ولتاژ تقویت کننده،

مقاومت ورودی ایده آل (Rin) مقدار خیلی زیاد، و به عنوان مقاومت خروجی (Rout) مقدار خیلی کوچکی است.

 

سپس پیکربندی فیدبک series-shunt

به عنوان تقویت کننده ی حقیقی ولتاژ وارد عمل میشود

همانطوری که سیگنال ورودی و خروجی هر دو بصورت ولتاژ هستند،

درنتیجه تابع انتقال بصورت Av = Vout ÷ Vin خواهد شد. توجه داشته باشیدکه این مقدار،

همانطورکه واحدش ولتاژ/ولتاژ (V/V) است، کمیتی بدون بعد می باشد!

 

سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی Shunt-Series :

این سیستم که به اسم  shunt current feedback ،

فیدبک جریان shunt نیز شناخته میشود، به عنوان سیستم فیدبک جریان-جریان کنترل شده نیز عمل میکند.

سیگنال فیدبک با جریان خروجی متناسب است و Io هم دارای جریان است.

سیگنال فیدبک بصورت موازی یا shunt با جریان ورودی باز پس فرستاده میشود.

 

برای اتصال سری شانت shunt-series

پیکربندی بصورت جریان خروجی Iout ، و Iin

به شکل جریان ورودی تعریف میشود. در پیکربندی فیدبک سری شانت سیگنال باز پس فرستاده شده

موازی با سیگنال ورودی است و باعث ایجاد جریان میشود.

 

از زمانی که برای یه ولتاژ خروجی، یه ولتاژ ورودی مورد نیاز است، این اتصال موازی فیدبک شانت،

تاثیر چندانی روی ولتاژ دریافتی سیستم ندارد. همچنین اتصالات سری در قسمت خروجی،

مقاومت خروجی رو افزایش میدهد(Rout) ، درحالیکه اتصال شانت در قسمت ورودی، مقاومت ورودی رو کاهش میدهد (Rin) .

 

پیکربندی فیدبک سری شانت به عنوان یه جریان حقیقی amplifier عمل میکند،

همانطور که سیگنال ورودی و سیگنال خروجی به عنوان یه جریان محسوب میشود،

درنتیجه تابع انتقال برابر است با Ai = Iout ÷ Iin .

 

سیستم فیدبک Series-Series : این سیستم که به اسم فیدبک جریان سری نیز شناخته میشود،

به عنوان ولتاژ-جریان کنترل شده ی سیستم فیدبک عمل میکند. در پیکربندی جریان سری،

سیگنال خطای فیدبک بصورت سری با ورودی است و متناسب با جریان بار lout است.

در واقع این مدل از فیدبک، سیگنال جریان رو به ولتاژی که بازپس فرستاده شده تبدیل میکند و این همان ولتاژیه که از ورودی کم شده بود.

 

 

برای اتصال سری-سری series-series connection

پیکربندی به عنوان جریان خروجی lout ، به ولتاژ ورودی Vin تعریف میشود.

بخاطر جریان خروجی، lout در اتصال سری، به عنوان یه ولتاژ بازپس فرستاده میشود

که این خود باعث افزایش مقاومت داخلی ورودی و خروجی سیستم میشود.

بنابراین مدار به عنوان یه ترانس کوانتومی با مقاومت ورودی ایده آل (Rin) و مقاومت خروجی ایده آل (Rout)

که هر دو مقادیر بزرگی هستند، کار میکنند.

 

سپس عملکرد پیکربندی فیدبک سری-سری series-series feedback configuration

به عنوان سیستم amplifier از نوع ترانس کوانتومی است که سیگنال ورودی بصورت یه ولتاژ و سیگنال خروجی بصورت یه جریان است.

تابع انتقال برای مدارفیدبک سری-سری برابر است با: Gm = Iout ÷ Vin .

سیستم فیدبک Shunt-Shunt : این سیستم که با اسم فیدبک ولتاژ شانت shunt voltage feedback شناخته میشود

و به عنوان جریان-ولتاژ کنترل شده ی سیستم فیدبک عمل میکند. در پیکربندی فیدبک شانت-شانت shunt-shunt feedback configuration

سیگنال بازپس فرستاده شده موازی با سیگنال ورودی است.

 

 

برای اتصال شانت-شانت

پیکربندی بصورت ولتاژ خروجی Vout به جریان ورودی Iin تعریف میشود.

وقتی ولتاژ خروجی به عنوان جریان، به پورت هدایت جریان ورودی بازپس فرستاده میشود، اتصالات شانت

در ترمینال های ورودی و خروجی، مقاومت درونی شان کاهش پیدا میکند.

از اینرو سیستم به عنوان سیستم ترانس مقاومتی با مقاومت ورودی ایده آل (Rin) و مقاومت خروجی ایده آل (Rout)

که هر دو مقدار خیلی خیلی کمی هستند عمل میکند.

 

سپس پیکربندی ولتاژ شانت به عنوان تقویت کننده ولتاژ روی مقاومت ترانس transresistance کار می کند

بطوریکه سیگنال ورودی به عنوان جریان، و سیگنال خروجی به عنوان یه ولتاژ است.

 

خلاصه ی سیستم های فیدبک:

دیدیم که یسیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی شامل سیگنال خروجی است که برای بوجود آوردن سیگنال خطا

( سیستم رو به کار می اندازد) به سمت ورودی بازپس فرستاده میشود، و با توجه به سیستم فیدبک

مورد استفاده، فیدبک سیگنال که با سیگنال ورودی سیستم میکس شده ، میتواند یه ولتاژ و یا یه جریان باشد.
فیدبک همیشه عملکرد سیستم رو عوض خواهد کرد و تنظیمات فیدبک میتواند مثبت و یا منفی باشد.

اگرچرخه ی فیدبک تو سیستم، چرخه ی فیدبک منفی ای رو بوجود آوردگفته می شود که فیدبک منفی یا دارای فیدبک تخریب کننده است.

اگه چرخه ی فیدبک موجود در سیستم مثبت باشد می گویند که سیستم دارای فیدبک مثبت و یا دارای فیدبک احیا کننده

و یا دارای فیدبک بازسازی کننده است.

تاثیر فیدبک مثبت افزایش بهره وری سیستم است

که باعث میشود سیستم های فیدبک مثبت و فیدبک منفی  ناپایدارتر و نوسانات بیشتری رو هم داشته باشد مخصوصا اگه GH = -1 است.

همچنین دیدیم که نمودارهای بلاک میتواند برای نشان دادن انواع سیستم های فیدبک استفاده شود.

در نمودارهای بالا، ورودی و خروجی میتواند هم ولتاژ باشد و هم جریان، و همینطور 4 مدل از ترکیب این ولتاژ ها و جریان ها هستند

که مدل های مختلف سیستم فیدبک رو تشکیل میدهند که شامل: فیدبک ولتاژ سری، فیدبک ولتاژ شانت،

فیدبک جریان سری و فیدبک جریان شانت است.

در مورد نام گذاری باید بگویم که این سیستم ها بر اساس نحوه ی اتصال شبکه ی فیدبک

(موازی یا شانت و یا سری بودن این شبکه) بین ورودی و خروجی، نام گذاری میشوند.

قبلی
راهنمای حل خطاهای برنامه Sp Flash Tool
بعد
سلوشن تمامی مشکلات مدار شارژ موبایل

پست های مرتبط

نظرتان را بنویسید

طراحی شده توسط ساینا وب