Le système de rétroaction présente de multiples avantages par rapport aux systèmes conventionnels. Cela contribue à améliorer le gain de sortie du circuit et augmente la réponse linéaire du circuit. Cela réduit également les risques de distorsions du signal qui se produisent principalement en raison des signaux de bruit.
Les systèmes de rétroaction sont principalement utilisés dans les circuits amplificateurs, les systèmes de contrôle basés sur la sortie et les circuits oscillateurs. Les systèmes de rétroaction sont de deux types : Positif commentaires et Négatif retour. Cet article se concentrera beaucoup sur ce dernier type de commentaires.
Aperçu rapide :
- Qu'est-ce que le système de rétroaction négative en électronique
- Circuit de rétroaction négative
- Fonction de transfert de commentaires négatifs
- Rétroaction négative dans les amplificateurs opérationnels
- Exemple 1
- Exemple 2
- Exemple 3
- Différence entre les systèmes de rétroaction positive et négative
- Applications et propriétés du système de commentaires négatifs
- Effet des commentaires négatifs sur la bande passante
- Conclusion
Qu'est-ce que le système de rétroaction négative en électronique
La rétroaction négative dans un circuit électrique est un mécanisme de contrôle qui stabilise et régule le fonctionnement du circuit électrique. Les circuits avec systèmes de rétroaction négative intégrés prennent un signal de sortie et le transmettent à l'entrée sous forme de signal. signal en opposition de phase (inversé) . Ce système de rétroaction réduit tout écart ou erreur dans les signaux de sortie.
Les commentaires négatifs sont également appelés rétroaction dégénérative . En cas de rétroaction négative, le signal de sortie provenant de la rétroaction est soustrait du signal de référence d'entrée. La sortie entraîne une erreur appelée gain de rétroaction . Ce signal d'erreur généré après soustraction modifiera la réponse du système en conséquence. Si le gain du système est positif, le signal de rétroaction provenant de la sortie doit être soustrait du signal de référence d'entrée pour maintenir la rétroaction négative.
Lorsque des commentaires négatifs sont soustrait à partir de l’entrée de référence, cela rend le système plus stable. Disons qu'il existe un système qui présente un comportement inhabituel : pour contrer ce changement, le système générera un signal de sortie. Ce signal de sortie ou de rétroaction contrecarre le signal d'entrée, modifiant l'entrée en conséquence pour que l'ensemble du système fonctionne efficacement.
Circuit de rétroaction négative
Le circuit de rétroaction négative est illustré dans l'image ci-dessous. Ici, vous pouvez voir qu'un signal de sortie est renvoyé du côté entrée comme retour. Du côté de l'entrée, une différence entre le signal de référence et la différence du signal de rétroaction est générée, ce qui entraîne ensuite le système plus loin.
1. Composants : Le circuit se compose de deux composants principaux :
- Un amplificateur avec gain G.
- Une boucle de rétroaction avec un facteur de rétroaction β.
Le signal d'entrée est V dans et la sortie de l'amplificateur est V dehors .
2. Jonction de sommation : A l’entrée de l’amplificateur, il y a une jonction sommatrice (souvent représentée par un cercle avec un signe moins à l’intérieur). Cette jonction soustraira le signal de rétroaction de l'entrée de référence. La partie soustraite est le produit du facteur de rétroaction β et de la sortie Vout ; le signal d'erreur est donc V dans – bV dehors .
3. Boucle de rétroaction : Ce signal d'erreur (V dans – bV dehors ) est ce qui anime le système. Il représente la différence entre l'entrée souhaitée V dans et la sortie réelle V dehors mis à l'échelle par le facteur de rétroaction β.
4. Commentaires négatifs : Le concept clé ici est la rétroaction négative. Lorsque la sortie V dehors changements dus à des perturbations ou à des changements dans l'entrée V dans le signal d’erreur (Vin – βV dehors ) est créé. Le signal d'erreur calculé sera amplifié par l'amplificateur avec gain G et réinjecté dans la jonction sommatrice. Il est important de noter que cette rétroaction est négative car elle est soustraite de l’entrée.
- Si le V dehors augmente (c'est-à-dire que la sortie du système va plus haut que souhaité), le retour réduit l'erreur apportant V dehors revenir vers la valeur souhaitée.
- Si le V dehors diminue (c'est-à-dire que la sortie du système devient inférieure à celle souhaitée), le retour augmente l'erreur de conduite V dehors remonter vers la valeur souhaitée.
5. Équation de rétroaction générale : L'équation de rétroaction générale pour ce système est généralement exprimée sous la forme
Cette équation relie la sortie V dehors à l'entrée Vin et au facteur de rétroaction β via le gain de l'amplificateur G. Il montre comment le système utilise la rétroaction négative pour réguler et contrôler la sortie afin qu'elle corresponde à l'entrée souhaitée.
Fonction de transfert de commentaires négatifs
La fonction de transfert définit une équation qui représente la relation entre l'entrée et la sortie. Il nous indique comment les changements dans l’entrée affectent la sortie. En rétroaction négative, nous avons un signal intermédiaire représenté par Z. Ce signal intermédiaire représente la différence entre la sortie et l'entrée.
Pour le fonction de transfert équation de rétroaction négative, Z est utilisé pour calculer le signal d'erreur ou la correction nécessaire pour rapprocher le système de la valeur de sortie souhaitée.
Le schéma fonctionnel suivant montre le système de rétroaction négative. À l’aide de ce diagramme, nous pouvons calculer la fonction de transfert pour un système à rétroaction négative :
La sortie du système de rétroaction négative est égale au(x) Y :
Rétroaction négative dans les amplificateurs opérationnels
Dans une configuration de rétroaction négative, une partie de la sortie de l'ampli-op (V) est transmise à la borne inverseuse d'entrée (-). Ce signal de sortie sera soustrait de la référence d'entrée. Cela aide à contrôler et à stabiliser le gain de l’amplificateur.
En utilisant la rétroaction négative dans un circuit ampli-op, vous pouvez définir le niveau de gain souhaité tout en maintenant la stabilité du système. La rétroaction négative réduit les non-linéarités dans les caractéristiques de l'ampli-op, le rendant ainsi plus proche du comportement idéal.
Un circuit d'amplificateur opérationnel (ampli-op) à rétroaction négative est conçu en utilisant un ampli-op comme composant central. Un ampli-op a deux entrées : l'une est inverseuse (-) et l'autre est non inverseuse (+). Il dispose d'un terminal de sortie. Pour le système de rétroaction négative, nous utiliserons le côté inverseur des amplificateurs opérationnels.
Ce circuit comprend généralement :
- Résistance d'entrée (Rin) connectant la source unique à l'entrée inverseuse (-) de l'ampli-op.
- Une résistance de rétroaction (Rf) connectant la sortie de l'ampli-op à l'entrée inverseuse (-).
- Une connexion à la charge à la sortie de l'ampli-op.
Vous pouvez trouver un gain en utilisant le rapport Rf/Rin. Cette rétroaction négative stabilise et contrôle le comportement de l’ampli-op. Il fonctionne en minimisant la différence de tensions entre les deux entrées inverseuses et non inverseuses. Cela crée un court-circuit virtuel entre eux. En conséquence, l'ampli-op ajuste sa tension de sortie pour maintenir cet équilibre, ce qui en fait un amplificateur efficace avec un gain contrôlé.
Exemple 1 : Calcul du gain en boucle fermée
Un système a un gain de 60 dB sans feedback. La fraction de rétroaction négative est de 1/20ème, trouvez le gain en boucle fermée (en dB) avec l'ajout d'une rétroaction négative.
Solution:
Le gain en boucle fermée avec rétroaction négative est donné par la formule :
Dans ce cas, le gain en boucle ouverte est de 60 dB et la fraction de rétroaction est de 1/20.
Ainsi, avec une fraction de feedback de 1/20, le gain du système en boucle fermée sera de 86,02 dB.
Exemple 2 : Calcul du gain de tension
Si un amplificateur a initialement un gain de tension de 3000 (sans rétroaction) et comprend ensuite une rétroaction de tension négative avec une fraction de rétroaction de mv = 0,01. Quel sera le nouveau gain en tension de l'amplificateur ?
Solution :
Vous pouvez utiliser la formule du gain de tension pour l'amplificateur avec retour de tension négatif pour calculer le gain de tension de l'amplificateur :
Dans la formule ci-dessus :
UN F = Gain de tension avec feedback
UN = Gain de tension sans retour
mv = Fraction de rétroaction
Ici nous avons:
Gain de tension sans retour (UN) = 3000
Fraction de rétroaction (mv) = 0,01
Maintenant, mettez ces valeurs dans la formule :
Ainsi, le gain de tension de l'amplificateur avec rétroaction de tension négative est d'environ 96,77.
Exemple 3 : Calcul des résistances de rétroaction
Déterminer les valeurs appropriées pour les résistances de rétroaction, R 1 et R 2 . Vous devez stabiliser un circuit amplificateur non inverseur à l'aide d'un amplificateur opérationnel avec un gain de tension en boucle ouverte (AVOL) de 220 000. Votre gain ciblé en boucle fermée est de 40.
Solution :
Une équation générale de rétroaction en boucle fermée est :
Pour obtenir la fraction de rétroaction β, réorganisez l'équation ci-dessus :
Dans ce cas, le gain en boucle ouverte est trop élevé. Ainsi, la fraction de rétroaction β sera approximativement égale à l’inverse du gain en boucle fermée 1/G. La valeur de 1/A étant trop petite, elle est approximativement égale à (0,025).
Les résistances R1 et R2 dans la configuration ci-dessus forment le circuit diviseur de potentiel de tension série. Vous pouvez trouver le gain de tension en boucle fermée comme suit :
Supposons que la valeur de R2 soit de 1 000 Ω (1 kΩ). Alors la valeur de R 1 peut s'écrire comme
Ainsi, pour le circuit amplificateur non inverseur avec un gain de 40, vous devez sélectionner le R 1 de 39 kΩ et R 2 de 1 kΩ.
Différence entre les systèmes de rétroaction positive et négative
Vous pouvez trouver la différence entre les systèmes de rétroaction positive et négative dans le tableau ci-dessous :
| Différences entre les types de commentaires | Commentaire positif | Retours négatifs |
|---|---|---|
| Définition | Dans ce retour, un retour de référence et des signaux d'entrée sont ajoutés. | Dans ce type, le retour de sortie est soustrait de l'entrée de référence. |
| Nomenclature | Rétroaction positive ou rétroaction régénérative. | Commentaires négatifs ou commentaires dégénératifs. |
| But | Amplifie ou augmente un signal. | Stabilise ou régule un signal. |
| Effet sur le système | Peut conduire à un comportement et des oscillations imprévisibles. | Favorise la prévisibilité et le fonctionnement en régime permanent. |
| Prendre une direction | Augmente le gain du système. | Réduit le gain du système. |
| Usage | Amplificateurs audio et oscillateurs de relaxation. | Amplificateurs opérationnels (Op-Amps), systèmes de contrôle de rétroaction. |
| La stabilité | Conduit souvent à l’instabilité. | Améliore la stabilité du système. |
| Par exemple | Déclencheurs et bascules Schmitt. | Amplificateurs de tension et régulateurs de température. |
Applications et propriétés du système de commentaires négatifs
Les systèmes à rétroaction négative ont de nombreuses applications en électronique générale. Ces systèmes ont amélioré l'instabilité du système, la linéarité du système, la réponse en fréquence et la réponse échelonnée. En raison des avantages des systèmes de rétroaction négative, de nombreux circuits amplificateurs électroniques possèdent des systèmes de rétroaction négative.
Certaines descriptions détaillées des systèmes de rétroaction négative sont données ci-dessous :
La stabilité : Un système de rétroaction négative réduit les écarts par rapport au point souhaité, ce qui donne un système plus stable. Par exemple, un thermostat veille à ce que la température reste proche de la valeur choisie.
Précision : les systèmes de rétroaction négative améliorent la précision du système en minimisant les erreurs. Dans un circuit amplificateur, la rétroaction négative réduit la distorsion et produit un signal plus stable en sortie.
Contrôle de bande passante : Vous pouvez également contrôler la bande passante de l'amplificateur à l'aide d'un système de rétroaction négative. Cela les rend adaptés à plusieurs applications. Ces applications incluent l’amplification audio à l’amplification radiofréquence.
Réduction de bruit : Les commentaires négatifs peuvent réduire les bruits et les interférences indésirables. La réduction du bruit a de multiples applications dans le domaine des systèmes audio et des appareils de communication.
Réponse dynamique : Les systèmes de rétroaction négative ont une capacité de réponse dynamique. Ces systèmes peuvent s'adapter en conséquence à des conditions données. Un exemple de réponse dynamique inclut le système de régulateur de vitesse de la voiture.
Effet des commentaires négatifs sur la bande passante
La bande passante explique la plage de fréquences de fonctionnement d'un amplificateur à gain constant. Un système avec une bande passante plus élevée signifie que l'amplificateur peut gérer plus de fréquences. La rétroaction négative réduit le gain de l'amplificateur en donnant la sortie du côté entrée. Cela améliore la stabilité et la linéarité du système, mais réduit par conséquent également le gain du système.
Le effet de la rétroaction négative sur la bande passante dépend du type et de la quantité de feedback appliqué. Généralement, la rétroaction négative augmente la bande passante en réduisant le gain du système. Le produit gain-bande-bande, qui est la mesure des performances d'un amplificateur, reste constant quelle que soit la rétroaction.
Par exemple , considérons un circuit amplificateur sans contre-réaction ayant un gain de 100 et une bande passante de 10 kHz. Appliquer une rétroaction négative pour réduire le gain à 10. Cela augmentera la bande passante à 100 kHz. Le produit gain-bande passante est toujours de 100 × 10 kHz = 1 MHz dans les deux cas.
Cependant, la rétroaction négative affecte également les fréquences de coupure de l'amplificateur. Ce sont les fréquences où les gains du système chutent par rapport à la valeur maximale. La rétroaction négative abaisse la fréquence de coupure et augmente la fréquence de coupure supérieure. Cela aura pour conséquence d'élargir la courbe de réponse en fréquence de l'amplificateur. L’effet net d’une rétroaction négative sur la bande passante est d’échanger le gain contre de la bande passante.
Cela signifie que l’application d’une rétroaction négative augmentera la gamme de fréquences qu’un amplificateur peut gérer. Mais tout cela se fait au prix d’une réduction de son facteur d’amplification.
Conclusion
Un système de rétroaction négative peut contrôler ou ajuster la sortie en servant une partie de la sortie du côté entrée. Ce retour génère un signal d'erreur, ce qui vous donnera un système plus stable. Ce signal d'erreur est dynamique et pilote l'ensemble du système. Un système de rétroaction négative peut améliorer la précision du système et également contrôler la bande passante. Ce système de rétroaction est utilisé dans les circuits amplificateurs tels que les systèmes de suppression du bruit ou de régulateur de vitesse des voitures. Apprenez-en davantage sur la description détaillée des commentaires négatifs dans cet article.