2017-03-14

Sprzężenie zwrotne

Co to jest sprzężenie zwrotne? Zrozumienie istoty dodatniego sprzężenia zwrotnego, opis matematyczny i jego praktyczne wykorzystanie to sprawa dość prosta, a przy tym nieczęsto wykorzystywana. Nie warto temu tematowi poświęcać zbyt wiele uwagi. Natomiast jeśli chodzi o ujemne sprzężenie zwrotne, zwłaszcza we wzmacniaczach, to w sumie temat jest trudny. Podstawowa idea jest jednak prosta: doprowadzamy część sygnału z wyjścia na wejście tak, że następuje redukcja wzmocnienia.

Wzmacniacz powinien mieć jak największe „wzmocnienie własne”. Wzmocnienie wypadkowe jest wyznaczone przez obwód sprzężenia zwrotnego, w praktyce przez stosunek dwóch rezystorów dzielnika pętli.

Mamy z tym do czynienia we wzmacniaczach operacyjnych i wielu wzmacniaczach audio. Redukcja wzmocnienia wskutek obecności pętli ujemnego sprzężenia ma dobroczynne skutki, ponieważ m.in. redukuje zniekształcenia nieliniowe. Zrozumienie i intuicyjne zaakceptowanie tych podstaw, a nawet matematyczny opis też nie są trudne. Potrzebne informacje można znaleźć choćby w Internecie, ale nie tyle przy opisach wzmacniaczy audio, tylko najłatwiej w materiałach dotyczących automatyki i teorii sterowania i regulacji. Tam przedstawione są wszystkie potrzebne opisy, zależności i wzory. Jednak w praktyce problem leży zupełnie gdzie indziej.

Ujemne sprzężenie zwrotne w praktyce

Zrozumienie podstaw ujemnego sprężenia niewiele przydaje się w praktyce. W największym skrócie biorąc, problem polega na tym, że w realnych układach, w szczególności we wzmacniaczach audio, występują rozmaite szkodliwe pojemności, a tym samym obwody RC, które opóźniają sygnał i przesuwają fazę przebiegów zmiennych.

Czym wyższa częstotliwość, tym większe przesunięcie fazy. Konsekwencją jest to, że dla pewnych częstotliwości przesunięcie fazy staje się równe 180 stopni, czyli połowie okresu, a to oznacza, że sprężenie zwrotne z ujemnego staje się dodatnie. Jeśli dodatkowo wzmocnienie jest wtedy większe od jedności, to wzmacniacz zamienia się w generator – mówimy, że następuje samowzbudzenie. W praktyce jest to ogromny problem, który boleśnie odczuwają wszyscy, którzy chcą zbudować dobrej jakości wzmacniacz mocy audio.

Przekształcenie Laplace’a

Znów sama istota problemu jest dość prosta, natomiast zbadanie i opisanie tego matematycznie, a także znalezienie środków zaradczych, jest skomplikowane, bo w grę wchodzą równania różniczkowe wyższych rzędów. Wtedy trzeba sięgać po zaawansowany aparat matematyczny. Do scharakteryzowania takich zjawisk wykorzystuje się przekształcenie Laplace’a, pojęcie częstotliwości zespolonej, transmitancji zespolonej oraz biegunów tej transmitancji, które, zależnie od parametrów układu, potrafią wędrować po płaszczyźnie częstotliwości zespolonej. Zainteresowani Czytelnicy mogą poszukać informacji na temat teorii regulacji, transmitancji i biegunów w materiałach dotyczących automatyki oraz teorii filtrów.

W zasadzie materiał, który omawia takie zagadnienia, jest łatwo dostępny w licznych podręcznikach akademickich i w Internecie, jednak jest tam podany w sposób daleko odbiegający od praktyki, niepozwalający przełożyć podawanych informacji na zjawiska występujące we wzmacniaczach. W rezultacie staje się barierą nie do pokonania dla wielu elektroników, także tych, którzy skończyli studia.

Jednak w praktyce problemem nie jest wcale brak rozumienia teorii. Dla wielu przykra i stresująca jest świadomość, że oto jest dziedzina, której zupełnie nie rozumieją, a która wiąże się z jak najbardziej praktycznymi kłopotami z samowzbudzeniem wzmacniaczy. Wprawdzie teoria niewiele tu pomoże, niemniej warto rozumieć, choćby z grubsza, na czym polega problem, dlaczego nie wystarczy pojęcie wzmocnienia, tylko potrzebne jest pojęcie transmitancji i to zespolonej oraz jak rozumieć te straszące wielu bieguny transmitancji.

Sprzężenie zwrotne
3 (60%) 2 votes

Porównywarka cen sprzętu RTV

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *