Ανάδραση Ηλεκτρονική Γ τάξη Επ. Καθηγ. Ε. Καραγιάννη 3
Συστήματα Ελέγχου Σύστημα Ελέγχου Ανοικτού Βρόχου Α Σύστημα Ελέγχου Κλειστού Βρόχου με Ανάδραση Ε =β Α β Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 2
Είδος Ανάδρασης Συνάρτηση μεταφοράς συστήματος κλειστού βρόχου Είναι η μεταφορά ενός σήματος από ένα μέρος του κυκλώματος σ ένα άλλο. Αν το σήμα επανέρχεται στην είσοδο με τέτοιο τρόπο ώστε να μειώνεται το σήμα εισόδου (δηλαδή σε αντίφαση με το σήμα εισόδου), τότε η ανάδραση ονομάζεται αρνητική ανάδραση. Αν το σήμα επανέρχεται στη είσοδο έτσι ώστε να αυξάνονται οι μεταβολές εξόδου (δηλαδή συμφασικό με το σήμα εισόδου), τότε η ανάδραση ονομάζεται θετική ανάδραση. Αρνητική Ανάδραση (Negate Feedack) Θετική Ανάδραση (Pste Feedack) Ταλαντώσεις (Oscllatns) Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 3
Μειονεκτήματα Αρνητικής Ανάδρασης Η μεταβλητή εξόδου επιστρέφει στην είσοδο με τέτοιο τρόπο ώστε να αντιτίθεται στο σήμα εισόδου Το κέρδος γίνεται μικρότερο από το κέρδος χωρίς ανάδραση Αν Α και β είναι πραγματικοί αριθμοί τότε Αβ< Έστω Α=- και β=.. Τότε =-9. Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 4
Πλεονεκτήματα Αρνητικής Ανάδρασης Βελτιώνεται η αστάθεια Βελτιώνεται το ποσοστό παραμόρφωσης Αυξάνεται το εύρος ζώνης συχνοτήτων Μεταβολή στο κέρδος ανοικτού βρόχου 2% Α αρχικό =- Α,αρχικό =-9. Α τελικό =-8 Α,τελικό =-8.8 β=. Μεταβολή στο κέρδος κλειστού βρόχου 3.3% Σήμα εισόδου. Η παραμόρφωση εξόδου θα είναι D. Μετά την ανάδραση, η παραμόρφωση βd επιστρέφει στην είσοδο και προστίθεται στο. Μετά την ενίσχυση η παραμόρφωση γίνεται βd Α και προστίθεται στο σήμα εξόδου. Εκεί προστίθεται και η παραμόρφωση του αρχικού ενισχυτή D. D=% D =.9% D Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 5 D D D D
Η αρνητική ανάδραση αυξάνει το (ω) και Α (ω) () () εύρος ζώνης συχνοτήτων Έστω ενισχυτής που επιτρέπει τη διέλευση DC με εύρος ζώνης ω και μέγιστο κέρδος Α() Ενεργό βαθυπερατό φίλτρο με συχνότητα αποκοπής ω. Η συνάρτηση μεταφοράς του (κέρδος ανοικτού βρόχου) θα είναι: j () ω ω ω (rad/s) Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 6
συνέχεια Το κέρδος κλειστού βρόχου συναρτήσει της συχνότητας θα είναι: Μάρτιος 2 (2) Με μέγιστο κέρδος (κέρδος χαμηλών συχνοτήτων: Επειδή -βα>, το μέγιστο κέρδος με ανάδραση είναι μικρότερο από το μέγιστο κέρδος χωρίς ανάδραση Η συχνότητα αποκοπής θα βρεθεί αν αντικαταστήσουμε στην (2) την () ω j j j Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 7 j j Επειδή -βα>, η νέα συχνότητα αποκοπής είναι μεγαλύτερη από τη συχνότητα αποκοπής χωρίς ανάδραση
Ανάδραση τάσης ρεύματος (παράλληλη ανάδραση) Αν σε ένα κύκλωμα ενισχυτή κοινού εκπομπού συνδέσουμε μεταξύ B συλλέκτη και βάσης, μια αντίσταση, τότε έχουμε κύκλωμα με παράλληλη ανάδραση ή ανάδραση τάσης ρεύματος, όπως φαίνεται στο σχήμα. n Παράλληλη ανάδραση: σημαίνει ότι η συνδέεται παράλληλα με την έξοδο και την είσοδο του ενισχυτή. Ανάδραση τάσης - ρεύματος: σημαίνει ότι ο ρεύμα που επιστρέφει στην είσοδο του ενισχυτή είναι ανάλογο της τάσης εξόδου. Το ρεύμα ανάδρασης είναι: = ν η τάση εξόδου αυξηθεί για οποιοδήποτε λόγο, το θα αυξηθεί και προκαλεί την αύξηση του ( = σταθερό, s = πολύ μεγάλη). Η αύξηση του συνεπάγεται αύξηση του c ( c = β ) και της πτώσης τάσης στα άκρα της δηλαδή η θα μειωθεί. Έτσι, η αρνητική ανάδραση επενεργεί σαν σταθεροποιητής, για να αντισταθμίζει τις μεταβολές που μπορούν να συμβούν στην έξοδο. c Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 8
Ανάδραση ρεύματος τάσης CC (ανάδραση σειράς c Αν σε ένα κύκλωμα ενισχυτή κοινού εκπομπού έχουμε στον εκπομπό μόνο αντίσταση (χωρίς πυκνωτή διαρροής), - τότε έχουμε κύκλωμα με ανάδραση σειράς ή ανάδραση ρεύματος τάσης, όπως φαίνεται στο σχήμα (φαίνεται το βασικό κύκλωμα και οι αντιστάσεις πόλωσης παραλείπονται). Ανάδραση σειράς: σημαίνει ότι η τάση ανάδρασης είναι σε σειρά με την είσοδο. Ανάδραση ρεύματος - τάσης: σημαίνει ότι η τάση που επιστρέφει (τάση ανάδρασης) στην είσοδο του ενισχυτή είναι ανάλογη του ρεύματος εξόδου. Στο κύκλωμα του σχήματος, η τάση ανάδρασης είναι η πτώση τάσης στα άκρα της Ε και η τάση εισόδου του ενισχυτή είναι μεταξύ βάσης εκπομπού του τρανζίστορ. Στο κύκλωμα αυτό, η αρνητική ανάδραση επιτυγχάνεται ως εξής: Αν για οποιοδήποτε λόγο το ρεύμα εισόδου Ι τείνει να αυξηθεί, θα προκαλέσει μια αύξηση τάσης στα άκρα της, και η τάση εκπομπού θα αυξηθεί ανάλογα. Αυτό σημαίνει αντίστοιχη μείωση της e που προκαλεί μείωση του Ι και Ι c (δηλαδή το ρεύμα εξόδου Ι ο ). Άρα το ρεύμα εξόδου Ι ο θα τείνει να μειωθεί και έτσι η αρνητική ανάδραση επενεργεί σαν σταθεροποιητής στις μεταβολές του ρεύματος εξόδου. s e Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 9
Ανάδραση: Ενισχυτής C με αντίσταση στον εκπομπό Με Ανάδραση CC Χωρίς Ανάδραση CC B c n B c n e n e e e '' B Η B είναι ο παράλληλος συνδυασμός // 2 Έχουμε αποδείξει ότι η αντίσταση πόλωσης της βάσης B δεν επηρεάζει το κέρδος τάσης αλλά μόνο το κέρδος ρεύματος (διαφάνεια 7, Μάθημα ) n n e e e c e e e e c Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος n e e -
Κέρδος ενισχυτή C με αντίσταση ανάδρασης (αντιμετώπιση με το υβριδικό) B c CC c e n e e B U n B U n e e e e Με Ανάδραση c n n e e e e e e e Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος e e e e e e e e e - e
Αριθμητικό Παράδειγμα Ενισχυτή C e e = e =75 re Ενισχυτής CΕ B c K CC =2K e c B K c CC =2K = e Χωρίς Ανάδραση e e 36,4 e e e e Με Ανάδραση =5Ω 3 Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 2
Ακόλουθος Εκπομπού (mtter Fllwer) Στο κύκλωμα αυτό η είσοδος είναι στη βάση και η έξοδος στον εκπομπό. Γιαυτό καλείται και ενισχυτής κοινού συλλέκτη (CC Cmmn Cllectr) CC n n e e e B =K e e e e c=2κ e e ( ) e Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 3 c e n ( e e n c (2),(3) e e n ) (3) e () e ( ) e e ( ) ( ) ( ) ( ) () (2) (3) ( )
Ακόλουθος εκπομπού ή ενισχυτής CC B K Αποδεικνύεται ότι στα κυκλώματα transstr με ανάδραση, η αντίσταση εισόδου αυξάνεται με τον ίδιο συντελεστή που μειώνεται το κέρδος e CC =2Κ ( ) Παρόλο που ο ακόλουθος εκπομπού δεν ενισχύει τάση, χρησιμοποιείται ευρύτατα σε κυκλώματα πολυβάθμιων ενισχυτών σαν κύκλωμα εισόδου ή κύκλωμα εξόδου, λόγω των ακόλουθων ιδιοτήτων: Μεγάλη αντίσταση εισόδου η οποία τραβάει λίγο ρεύμα από την πηγή Μικρή αντίσταση εξόδου η οποία είναι ικανή να οδηγήσει μία μεγάλη αντίσταση φορτίου Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 4
Ο Tελεστικός Ενισχυτής Είναι μία εφαρμογή της ανάδρασης Εκτελεί μαθηματικές πράξεις: Πρόσθεση Αφαίρεση Ολοκλήρωση Παραγώγιση Είναι ένας DC ενισχυτής υψηλού κέρδους Με μηδενική είσοδο, πρέπει η τάση εξόδου να είναι μηδενική n - 5 n -5 Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 5
Ο τελεστικός ενισχυτής σε αναστρέφουσα συνδεσμολογία I I χ Α Ζ Παραδοχές: Αντισταση εισόδου τείνει στο άπειρο Ρεύμα εισόδου τείνει στο μηδέν I =I x x Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 6
Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 7 Αθροιστής Α 2 3 2 3 2 3 χ 3 3 2 2 3 3 2 2 3 3 2 2 x x x x Πολλαπλασιαστής x x K Α χ
Ολοκληρωτής C Διαφοριστής C x Α x Α x d C d C dt d C dt dt C dt () x Το κύκλωμα παραγώγισης είναι ασταθές και εισάγει θόρυβο C d x dt d C dt x d C dt Μάρτιος 2 Μάθημα 3, Ηλεκτρονική Γ' Έτος 8