1. Definicja sprzężenia zwrotnego
Sprzężenie zwrotne w układach elektronicznych polega na doprowadzeniu części sygnału wyjściowego z
powrotem do wejścia. Częśd sygnału wyjściowego, zwana sygnałem zwrotnym, zostaje skierowana do
wejścia układu i zsumowana z sygnałem wejściowym, wskutek czego ulegają zmianie warunki sterowania
układu.
2. Schemat ogólny sprzężenia
Ogólny schemat blokowy układu ze sprzężeniem zwrotnym
Przy dołączonej pętli sprzężenia zwrotnego całkowite napięcie wejściowe wzmacniacza u(t) składa się z sygnału
początkowego x(t) oraz części Py(t) sygnału wyjściowego doprowadzonego z powrotem na wejście. Suma tych
sygnałów zostaje wzmocniona przez wzmacniacz K razy. Na wyjściu powstaje napięcie wyjściowe y(t). Stosunek
y(t)/x(t) oznaczany przez Kcałkowite (lub KUF) stanowi wypadkowe wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym,
zwane również wzmocnieniem w zamkniętej pętli.
4. Rodzaje sprzężeo zwrotnych Są dwa
rodzaje sprzężeo zwrotnych:
Ą% Dodatnie
Ą% Ujemne
Ujemne sprzężenie zwrotne ma miejsce, gdy fazy sygnału wejściowego i sygnału sprzężenia zwrotnego są
przeciwne.
Dla dodatniego sprzężenia zwrotnego fazy te są zgodne.
5. Wzory dla sprzężenia zwrotnego
6. Sprzężenie zwrotne dodatnie
Sprzężenie zwrotne nazywamy dodatnim, gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia do
wejścia układu jest zgodna z fazą napięcia wejściowego. Przy zgodności faz obu sygnałów sterujących
wzmacniacz, efektywny sygnał sterujący ulega zwiększeniu. Oznacza to, że współczynnik b - określający
jaka częśd napięcia wyjściowego zostaje doprowadzona na wejście -jest dodatni. Dodatnie sprzężenie
zwrotne jest podstawą działania generatorów, przy czym warunki generacji można wyrazid następująco:
układ działa jak generator, gdy sprzężenie zwrotne jest dodatnie i dostatecznie silne (PK = l), aby
podtrzymywad drgania. Jeżeli PK < l, w układzie następuje tylko wzrost wzmocnienia. Tego rodzaju
dodatnie sprzężenie zwrotne, zwane również sprzężeniem regeneracyjnym lub niekiedy reakcją, stosuje się
bardzo rzadko (m.in. ze względu na wzrost zniekształceo).
7. Sprzężenie zwrotne ujemne
Sprzężenie zwrotne nazywamy ujemnym, gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia do wejścia
układu jest przeciwna w porównaniu z fazą napięcia wejściowego. Ujemne sprzężenie zwrotne powoduje
zmniejszenie wzmocnienia wzmacniacza. Wynika to z faktu, że w układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym
doprowadzona na wejście częśd napięcia wyjściowego ma przeciwną fazę niż napięcie wejściowe, a więc
odejmuje się od napięcia wejściowego. W rezultacie na wejściu wzmacniacza występuje mniejsze napięcie niż w
przypadku braku ujemnego sprzężenia zwrotnego. Przy mniejszym napięciu wejściowym również napięcie
wyjściowe ma mniejszą wartośd. Ze względu na to, że z
ródło sygnału nie jest objęte pętlą sprzężenia zwrotnego,
przy tym samym napięciu z
ródła otrzymujemy mniejsze napięcie wyjściowe, a zatem wzmocnienie układu ulega
zredukowaniu.
8. Dlaczego stosuje się sprzężenie zwrotne
Ujemne sprzężenie zwrotne, szeroko stosowane w układach wzmacniających, wpływa na ogół korzystnie na
większośd parametrów wzmacniaczy:
Ą% poprawia stabilnośd wzmocnienia (układ jest mniej wrażliwy np. na wahania napięd zasilających i zmianę
temperatury);
Ą% zmniejszają się szumy i zniekształcenia (tak liniowe, jak i nieliniowe);
Ą% zwiększa się górna częstotliwośd graniczna (czyli ulega poszerzeniu pasmo);
Ą% możliwe jest kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej;
Ą% możliwa jest modyfikacja impedancji wejściowej i wyjściowej.
9. Klasyfikacja ujemnego sprzężenia zwrotnego
Ujemne sprzężenie zwrotne klasyfikuje się zależnie od sposobu pobierania sygnału zwrotnego z wyjścia układu
oraz sposobu doprowadzenia go na wejście. Sygnał sprzężenia zwrotnego może byd proporcjonalny do napięcia
wyjściowego - mówi się wówczas o sprzężeniu napięciowym - lub prądu wyjściowego - w tym przypadku mówi
się o sprzężeniu prądowym. Gdy sygnał sprzężenia zwrotnego jest doprowadzany do wejścia szeregowo z
sygnałem wejściowym, takie sprzężenie nazywa się szeregowym, gdy zaś równolegle - równoległym.
10. Sprzężenie napięciowo-szeregowe
Układ ze sprzężeniem napięciowo-szeregowym , w którym sygnał sprzężenia zwrotnego jest proporcjonalny do
napięcia wyjściowego. Doprowadzany jest na wejście szeregowo z sygnałem wejściowym. Gdy rezystancja
obciążenia RL rośnie, a rezystancja z
ródła Rg maleje, skutecznośd tego sprzężenia zwiększa się. Układ powinien
byd sterowany napięciowo.
11. Sprzężenie napięciowo-równoległe
Układ ze sprzężeniem napięciowo-równoległym , w którym sygnał sprzężenia zwrotnego jest
proporcjonalny do napięcia wyjściowego i doprowadzany na wejście równolegle z sygnałem wejściowym.
Gdy rezystancje obciążenia RL i z
ródła Rg rosną, skutecznośd tego sprzężenia zwiększa się. Układ powinien
byd sterowany prądowo.
12. Sprzężenie prądowo-równoległe
Układ ze sprzężeniem prądowo-równoległym , w którym sygnał sprzężenia zwrotnego jest proporcjonalny do
prądu wyjściowego i doprowadzany na wejście równolegle z sygnałem wejściowym. Gdy rezystancja obciążenia
RL maleje, natomiast rezystancja z
ródła Rg rośnie, skutecznośd tego sprzężenia zwiększa się. Układ powinien byd
sterowany prądowo.
/// h
13. Sprzężenie prądowo-szeregowe
Układ ze sprzężeniem prądowo-szeregowym , w którym sygnał sprzężenia zwrotnego jest proporcjonalny do
prądu wyjściowego i doprowadzany na wejście szeregowo z sygnałem wejściowym. Gdy rezystancje obciążenia
RL i z
ródła Rg maleją, skutecznośd tego sprzężenia zwiększa się. Układ powinien byd sterowany napięciowo.
y
ródło: http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/sprzezenie.html