کزاز الکترونیک

طراحی وساخت مدارات ساده تا پیشرفته الکترونیک ومعرفی قطعات

فیدبک چیست نوع وکار آن
ساعت ۱:٤۸ ‎ب.ظ روز شنبه ۱۳ اردیبهشت ۱۳٩۳   کلمات کلیدی:

 


فیدبک

 
 
نمایش یک سیستم شامل فیدبک (حلقه بسته)

بازخوردیا فیدبک (به انگلیسی: Feedback) نوعی برگشت پیام ارتباطی است که در آن، گیرنده به طور عامدانه یا غیرعامدانه به پیام فرستنده واکنش نشان می‌دهد. این پیام‌ها، به فرستنده امکان می‌دهند تا وضعیت ارتباطی خود را با مخاطبانش ارزیابی کند. نظام‌های سالم ارتباطی، فیدبک را غنیمتی برای اصلاح خود قلمداد می‌کنند.

 

 

کاربرد فیدبک

فیدبک به مفهوم 'بازگرداندن بخشی از خروجی یک سیستم و ترکیب آن با ورودی به منظور کنترل خروجی' می‌باشد. فیدبک در بسیاری از سیستمها، از جمله در سیستمهای مکانیکی، الکتریکی، بیولوژیکی ُ حرارتی و برودتی کاربرد دارد. مثلاً، استفاده از فیدبک در ماشین بخار به قرن نوزدهم میلادی برمی گردد و به کارگیری فیدبک در سیستمهای حرارتی و برودتی با نصب ترموستات، امروزه بسیار متداول است. همچنین در بدن انسان، فیدبک نقش عمده‌ای در تنظیم دما و کنترل ترشح داخلی غدد ایفا می‌کند.

فیدبک در الکترونیک

در الکترنیک موارد متعددی را از کاربرد فیدبک می‌توان نام برد که از جملهٔ آنها می‌توان به استفاده از مقاومت امیتر در تقویت کننده‌های ترانزیستوری و یا مقاومت سورس در تقویت کننده‌ها اثر میدان اشاره کرد.

مزایای فیدبک منفی

  • کاهش حساسیت
  • کاهش اعوجاج
  • کاهش اغتشاش
  • افزایش پهنای باند

انواع فیدبک منفی

  • فیدبک ولتاژ-سری
  • فیدبک ولتاژ-موازی
  • فیدبک جریان-موازی
  • فیدبک جریان-سری

بازخورد یا Feed back چیست؟

بازخورد یا فیدبک نوعی برگشت پیام ارتباطی است که در آن، گیرنده به طور عامیانه یا غیرعامیانه به پیام فرستنده واکنش نشان می‌دهد. این پیام‌ها، به فرستنده امکان می‌دهند تا وضعیت ارتباطی خود را با مخاطبانش ارزیابی کند. نظام‌های سالم ارتباطی، بازخورد را غنیمتی برای اصلاح خود قلمداد می‌کنند.

 کاربرد Feed back :

فیدبک به مفهوم 'بازگرداندن بخشی از خروجی یک سیستم و ترکیب آن با ورودی به منظور کنترل خروجی' می باشد . فیدبک در بسیاری از سیستم ها ، از جمله در سیستم های مکانیکی ، الکتریکی ، بییو لوژیکی حرارتی و برودتی کاربرد دارد. مثلا ، استفاده از فیدبک در ماشین بخار به قرن نوزدهم میلادی برمی گردد و به کارگیری فیدبک در سیستم های حرارتی و برودتی با نصب ترموستات ، امروزه بسیار متداول است. همچنین در بدن انسان ، فیدبک نقش عمده ای در تنظیم دما و کنترل ترشح داخلی غدد ایفا می کند.

فیدبک از تکنیکهائی است که به کمک آن مدارات الکترونیکی و مخابراتی را کنترل کرده و قابلیتهای خاصی را به مدار می افزاید.

 انواع فیدبک


فیدبک(پسخورد) از لحاظ علامت بر دونوع مثبت و منفی و از لحاظ حلقه به دو نوع تقسیم می شود:

فیدبک حلقه باز(Open-Loop): در این نوع فیدبک خروجی، ورودی را تعقیب می کند، ولی نه به صورت مقایسه بلکه خروجی با ورودی رابطه ای مستقیم و به اندازه بهره مسیر دارد.

این فیدبک در صورت دارا بودن تجربه قبلی طراح -یعنی طراحی دقیق بهره حلقه به منظور انجام کار بدون ناپایداری- دارای اعتبار نسبی است. 
فیدبک حلقه بسته(Closed-Loop): در این نوع فیدبک خروجی، ورودی را تا آنجائی تعقیب می کند که برابر با آن شود. در صورت برابر نبودن سیگنال مقایسه غیر صفر بوده و به ورودی فیدبک اعمال شده و متناسب با آن خروجی افزایش یا کاهش می یابد تا در مقایسه بعدی حلقه مطمئن شود که ورودی با خروجی برابر است و هنگامی که سیگنال اختلاف Ve صفر شود خروجی همان ورودی است. تا اینجای بحث بهره حلقه فیدبک یعنی B=1 است و بهره A به اندازه کافی بزرگ است.  

 

مزایا و معایب

  • کاهش بهره
  • تثبیت بهره (کاهش تغییرات خروجی در اثر تغییرات بهره)
  • افزایش میزان سیگنال به نویز
  • افزایش پهنای باند به صورت (BWnew=BWold.(1+A.B
  • افزایش یا کاهش مقاومتهای ورودی و خروجی به صورت دلخواه که در مبحث بعدی نحوه اعمال این تغییر را خواهید دید.
  •  کاهش حساسیت

  •   کاهش اعوجاج 

  •       کاهش اغتشاش 

  •      افزایش پهنای باند


انواع فیدبک 
فیدبک(پسخورد) از لحاظ نمونه برداری از خروجی و انتقال به ورودی به چهار نوع تقسیم می شود:

فیدبک ولتاژ-ولتاژ(بهره ولتاژ): به این فیدبک موازی-سری نیز می گویند. 
فیدبک ولتاژ-جریان(مقاومت انتقالی): به این فیدبک موازی-موازی نیز می گویند. 
فیدبک جریان-جریان(بهره جریان): به این فیدبک سری-موازی نیز می گویند. 
فیدبک جریان-ولتاژ(هدایت انتقالی): به این فیدبک سری-سری نیز می گویند. 
در زیر بلوک دیاگرام فیدبک های فوق را می بینید:

 

اصول فیدبک

  • منظور از کلمه موازی در خروجی به معنای نمونه ولتاژ، و در ورودی به معنای ترکیب جریان است.
  • منظور از کلمه سری در خروجی به معنای نمونه جریان، و در ورودی به معنای ترکیب ولتاژ است.
  • اگر اتصال شبکه فیدبک به خروجی یا ورودی به صورت مستقل و یا با استفاده از عناصر غیرفعال مشابه خازن، مقاومت و یا سلف باشد، اتصال را موازی و اگر با استفاده از عناصر فعال مشابه ترانزیستور به ورودی یا خروجی متصل شود، اتصال سری است.
  • در اتصال فیدبک از هر طرف، اگر مقاومت دیده شده از آن سمت برابر R باشد(در حالت مدار باز)، با فرض وجود اتصال سری مقدار این مقاومت در ضریب D=1+A.B ضرب، و اگر اتصال موازی بود، بر D تقسیم می شود. به این مقدار جدید RF یعنی مقاومت فیدبک گویند. بهره مدار اصلی از بدست آوردن بهره مدار با اثر بارگذاری بند 5 همین اصول و تقسیم آن بر D حاصل می شود که به آن AF=Awith loading effect/D گویند.
  • برای یافتن مدار معادل بدون فیدبک با اثر بارگذاری(Loading)، در نگاه کردن از هر طرف برای یافتن بارهای R1 و R2، اگر اتصال طرف مقابل سری بود آنرا از مدار باز و اگر موازی بود اتصال را به زمین متصل می کنیم.
  • مقادیر B از لحاظ دیمانسیونی معکوس مقادیر A هستند.

گامهای حل مسائل فیدبک  

  • نوع نمونه برداری را از لحاظ سری و موازی بودن مشخص می کنیم.
  • با توجه به بند 1 ، نوع A و B را از لحاظ دیمانسیونی تعیین می کنیم.
  • با توجه به بند 5 اصول فیدبک مدار معادل بدون فیدبک با اثر بارگذاری را بدست می آوریم.
  • مقدار A و Ri و Ro را در مدار فوق(بند3) محاسبه می کنیم.
  • مقدار B را محاسبه می کنیم.
  • مقادیر AF و RiF و RoF را با توجه به بند 4 اصول فیدبک بدست می آوریم



تقویت کننده های عملیاتی به اختصار آپ امپ نامیده می شو ند.و به صورت مدار مجتمع در دسترس می باشند.این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد. 
img/daneshnameh_up/f/f6/opamp_block1.jpg


از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد است. 

این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار با لایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آنرا به سطح قابل قبولی از ولتاژ‌ در خروجی تبدیل می کند.به شکل مداری این المان در زیر توجه کنید. 

این المان همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی،این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند. 
پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند. 


نحوه عملکرد op_amp


این المان بسته به وضعیت پایه های ورودی و خروجی دارای شرایط و عملکرد متفاوتی خواهد شد که در زیر به توضیح راجب این وضعیت ها می پردازیم. 


اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آیسی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود. 


اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آیسی 5 ولت باشد.و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد.خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود.به شکل توجه کنید این شکل گویای همه مطالب است.همانطور که مشاهده می کنید.،هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی مثبت باشد.خروجی به اشباع مثبت VSS می رود.و همچنین هر جا که اختلاف ولتاژ ورودی منف با شد خروجی به منفی VSS می رود. 
منظور از اختلاف ولتاژ ،اختلاف بین ورودی مثبت از منفی است. 
img/daneshnameh_up/4/4e/opoutput1.jpg

بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژ‌ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است. 

در حالت ایده آل منظور حالت غیر عملی است.،در این حالت op-amp ها دارای مقاومت ورودی بی نهایت تقویت سیگنال ورودی در خروجی به صورت بی نهایت و مقاومت خروجی صفر هستند.

در حالت واقعی گین یا تقویت بین ولتاژ های مثبت و منفی ورودی محدود می شود. 

بین پایه های ورودی و خروجی آپ امپ جریانی وجود ندارد.و این تنها ولتاژ ورودی است که خروجی را کنترل می کند. 








استفاده از فیدبک در آپ امپ


با استفاده از فیدبک می توانید میزان تقویت ولتاژ های ورودی در خروجی را تعیین کنید.فیدبک می تواند.،از خروجی به هر یک از پایه های مثبت و منفی صورت گیرد.در آپ امپ اغلب فیدبک از خروجی به پایه منفی صورت می گیرد این نوع فیدبک را فیدبک منفی یا negative feedback می نامند. 
با استفاده از فرمول زیر می توانید. میزان تقویت یا گین(gain) را در این نوع از فیدبک به راحتی محاسبه کنید. 
 
در فرمول فوق Rf همان مقاومت فیدبک است.که در شکل زیر با نام R2 و از خروجی به پایه منفی ورودی زده شده است.منظور از Rin نیز مقاومت ورودی است.،که در شکل زیر با نام R1 می باشد. 
img/daneshnameh_up/8/80/invertingamp.gif

بنابر فرمول فوق اگر Rf برابر صفر باشد دیگر تقو یتی وجود ندارد.،و GAIN برابر یک می شود.در این حالت ولتاژ خروجی برابر ولتاژ ‌ورودی است.در این وضعیت آپ امپ تنها به صورت یک بافر مجزا کننده یا ISOLATE کننده جریان ورودی از خروجی عمل می کند.شکل زیر نشان می دهد چگونه خروجی بدون استفاده از مقاومت به پایه منفی ورودی فیدبک زده شده است. 

img/daneshnameh_up/d/d4/voltagefollower.jpg 




آپ امپ در حالت مقایسه گری یا Comparator

در این حالت کوچکترین اختلاف بین ولتاژ های ورودی تقویت شده و در خروجی نمایان می شود. 
در این وضعیت خروجی زمانی high یا سوییچ می شود.که مقدار ولتاژ‌ در پایه inverting یا منفی به سطح ولتاژ‌ در پایه noninverting یا مثبت برسد.این ولتاژ در شکل زیر برابر vref است. 
از این نوع مدار جهت مقایسه ولتاژ های ورودی به خصوص در سنسورها استفاده می شود. 
در این مدار به جای مقاومت R2 می توانید از پتانسیومتر جهت تعیین ولتاژ‌ Vref و تنظیم آن به صورت دلخواه استفاده کنید. 
img/daneshnameh_up/2/22/comparator.jpg















تقویت کننده مستقیم (noninverting amplifier)


در این حالت ورودی منفی یا inverting توسط مقاومت R1 زمین می شو د.و فیدک نیز از خروجی توسط مقاومت R2 به ورودی منفی فیدبک داده می شود.در این حالت خروجی کاملا هم فاز با ورودی خواهد بود.
img/daneshnameh_up/b/b3/noninverting.gif



















تغذیه Op-Amp


در بعضی موارد Op-Amp ها نیاز به دو منبع تغذیه مثبت و منفی دارند. 
اگر ما مایل باشیم که تنها از خروجی مثبت آپ امپ استفاده کنیم.در واقع منظور ولتاژ های مثبت در خروجی است.در این حالت می بایست منفی Vss را به زمین متصل کنیم.ولتاژ‌ مثبت را تنها به پایه تغذیه مثبت وصل کنیم. 
در این حالت شما بایستی از دو باطری یا از یک منبع تغذیه دوتایی مثبت و منفی استفاده کنید. 
در لینک زیر می توانید.یک مدار ساده تغذیه دوبل را تجربه کنید. 
تغذیه دوبل 5 ولت 

نکاتی راجب به Op-Amp


هیچگاه تغذیه مثبت و منفی آپ و امپ را به صورت معکوس وصل نکنید.،با این کار Op-Amp خواهد سوخت. 
تغذیه ورودی های مثبت و منفی می بایست.از مقادیر ورودی در پایه های inverting و noninverting بیشتر باشد.سیگنال های ورودی و خروجی را توسط خازنهای 1.0ufتا 0.1uf زمین کنید تا از تاثیر نویز در مدار خود جلوگیری کنید. 

در حالت ایده آل آپ امپ ها دارای مقاومت ورودی بالا و در نتیجه جریان ورودی در حد صفر و مقاومت خروجی صفر می باشند.همچنین در این حالت ولتاژ‌ در ورودی های مثبت و منفی با یکدیگر مساوی هستند.