Rétroaction négative – Wikipedia

Le changement dans la taille de la pupille se régule comme une rétroaction négative sur l’incidence de la lumière. Plus il est clair, plus il est petit, moins il est clair, plus la pupille est grande.

L’exemple de simple rétroaction négative dans la technologie. La vidange d’une citerne de toilettes provoque un “nageur” ​​attaché à un levier que l’alimentation en eau est ouverte. Lorsque la citerne est remplie au sommet, l’alimentation en eau est à nouveau fermée.

Le Retours négatifs , aussi Couplage de comptoir Appelé la caractéristique d’une boucle de commande: le retour filtré de la variable de sortie DANS _UN un système avec une propriété renforçante à son entrée au signal d’entrée DANS _ET contrer. La rétroaction négative en tant que partie essentielle du règlement peut être trouvée en biologie ainsi que dans la technologie et dans la vie économique. Des exemples de tels mécanismes peuvent être trouvés dans la physiologie, le développement de la population, mais aussi dans de nombreuses applications techniques et dans les systèmes économiques. Avec la rétroaction positive, le signal de sortie a un effet améliorant. Habituellement, les commentaires négatifs dans les applications techniques servent également la sécurité car ils convertissent les systèmes en état de base sûr – ou du moins contrôlable. La rétroaction positive, d’autre part, peut également entraîner la destruction du système et les dommages – comme les batteries thermiques à travers des batteries ou des excursions de performance des réacteurs nucléaires. Si les commentaires sont basés sur les lois physiques et non sur les installations techniques, on parle également de stabilité inhérente ou de sécurité passive.

• En botanique, le principe de la rétroaction négative se trouve, par exemple, lors de la fermeture des ouvertures d’écart des feuilles vertes dans le sec. Grâce aux ouvertures d’écart, l’eau est destinée à s’évaporer afin que le flux de jus capillaire, qui s’écoule vers le haut, soit maintenu dans la plante. Mais si l’approvisionnement en eau est si mauvais que les cellules de verrouillage ne sont plus turbistantes, les ouvertures se ferment et l’évaporation est considérablement réduite comme contre-régulation.
• En zoologie et en biologie humaine, il y a un sentiment de satiété, en conséquence (dans le cas favorable), l’apport alimentaire est terminé, ou l’adaptation de l’œil à la haute lumière. En endocrinologie, les hormones formées dans les glandes hormonales ont un effet inhibé sur les hormones témoins ou la libération formée dans le cerveau, par exemple dans la boucle de contrôle de la fonction thyroïdienne et dans la régulation de la formation d’hormones sexuelles. Dans la physiologie métabolique, la régulation de l’activité enzymatique joue un rôle vital, il y a ici une inhibition du produit final comme rétroaction négative. Une rétroaction négative est également essentielle lors de la régulation de la température corporelle. Dans la formation de rythmes biologiques tels que l’adaptation du rythme circadien dans les plantes, les animaux et les humains au rythme du jour et de la nuit, il y a une rétroaction négative rendue par l’irritabilité physiologique. ^[d’abord]
  En cas de processus de croissance, la pénurie de ressources a un effet limité en tant que couplage de comptoir.
• De la biologie de la population, il y a l’exemple simplifié d’une eau avec des poissons prédateurs qui se multiplient. En raison des petits poissons capturés, les aliments disponibles par vol qualifié sont réduits, ce qui ralentit, s’arrête ou même inversé (exemple: Wator). Cependant, une pénurie de nourriture peut également se produire si les poissons prédateurs ne se multiplient pas. Une baisse d’une population de voleurs ne se produit pas si les voleurs peuvent passer à d’autres espèces de proies après la décimation d’une proie, car alors la rétroaction négative échoue en raison de la pénurie de nourriture. Il existe des boucles de contrôle plus complexes dans la relation de proie de voleurs.

En cas d’organismes vivants, la réglementation permet à l’homéostasie nécessaire de maintenir la vie grâce à des commentaires négatifs.

• Le contrôleur de température d’un système de chauffage réduit l’alimentation de l’énergie supplémentaire lors de l’atteinte d’une certaine température. De cette façon, l’augmentation de la température supplémentaire est ralentie.
• Une vessie à vapeur négative Koefficient signifie que (causée par l’augmentation des performances) en hausse Température du liquide de refroidissement les puits . Il s’agit d’une caractéristique de sécurité importante des centrales nucléaires. Une concentration de vessie à vapeur fortement positive a été l’un des nombreux facteurs qui ont conduit à l’accident de réacteur de Tchernobyl.
• Dans des amplificateurs électroniques avec des composants tels que le transistor, le tube électronique ou l’amplificateur opérationnel Couplage de comptoir Une linéarisation des caractéristiques de transmission atteint, ce qui entraîne une réduction des distorsions (facteur de distorsion) et une linéarisation de la réponse en fréquence. Dans le même temps, le signal de sortie n’est plus aussi fortement déterminé par les propriétés d’armature du composant actif. Il convient de noter que aux hautes fréquences en raison du décalage de phase inévitable de la rétroaction négative positif Le retour devient. Cela peut entraîner des oscillations indésirables si le renforcement global n’est pas suffisamment réduit par la compensation de fréquence.

Dans le cas des amplificateurs déformés, la rétroaction linéaire peut conduire à un système global moins déformée avec l’augmentation du renforcement. Dans les cas extrêmes, un renforcement trop abouti à un système global linéaire malgré des renforts non linéaires, appliqués en tant que circuit d’amplificateur opérationnel dans la technologie de mesure électrique.

Principe du comptoir

Contrôle la contre-intinance d’un amplificateur de fonctionnement [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les amplificateurs de fonctionnement (OP) sont construits de telle manière que les données techniques d’un circuit total peuvent être définies presque exclusivement par le circuit externe de l’opération. Pour cette raison, vos propriétés peuvent être décrites particulièrement facilement et clairement ^{[2] [3]} .

Stabilité générale [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Renforcement et décalage de phase d’un pas Amplificateurs chirurgicaux retournés pour différentes charges capacitives.

Avec chaque amplificateur de fonctionnement, le renforcement se réduit avec une fréquence croissante et le signal de sortie suit les changements de la tension d’entrée avec un certain retard. Étant donné que les données exactes influencent considérablement l’interprétation du couplage du compteur, elles sont indiquées dans chaque fiche technique:

• Avec la fréquence de transit f _T Le renforcement est tombé à la valeur 1 (ou 0 dB) (point rouge dans l’image). Avec une fréquence encore plus élevée, la rétroaction ne peut plus faire la chirurgie pour osciller selon le critère de stabilité de Barkhausen.
• Avec la tension d’entrée en forme de sinus, la tension de sortie est décalée. Le décalage de phase est montré par l’angle β (barres bleues au-dessus). Si β pour tous les f T Dans la zone −180 °

La différence 180 ° – | β | est dénommé Bord de phase ou Réserve de phase F (Engl.: Marge de phase ), En tant que figure clé, avec quelle facilité l’amplificateur fonctionnera. Plus cette valeur est proche de 180 °, plus le couplage du compteur est stable. Le plus grand β, le bas est φ et le circuit réagit plus “nerveux” après des sauts dans l’amplitude du signal, vous pouvez observer une exagération plus forte à la sortie de l’amplificateur. Si φ devient négatif, le couplage de comptoir est devenu une pièce et l’amplificateur agit comme un oscillateur. Dans la technologie de contrôle, il est recommandé que le bord de phase soit d’environ 50 °.

La valeur de β peut être influencée par la compensation de fréquence interne ou externe de l’amplificateur de fonctionnement.

Réduction du renforcement [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Diagramme de circuit d’un amplificateur opposé et non inversé

Dans le circuit adjacent, le diviseur de tension crée la proportion

un = R1R1+R2{displayStyle alpha = {frac {r_ {1}} {r_ {1} + r_ {2}}}}

La tension de sortie DANS _un . Ce qui suit s’applique 0 DANS _C’est soustrait et la différence apparaît par le facteur DANS renforcé à la sortie comme u _un . Si vous dissolvez l’équation correspondante, elle en découle

DANS a= DANS e⋅ 1α+1V≈ Ueα{displayStyle u_ {a} = u_ {e} cdot {frac {1} {alpha + {frac {1} {v}}}} approx {frac {u_ {e}} {alpha}}}

L’approximation est généralement suffisamment précise si l’augmentation de l’opamp 10 ⁵ dépasse. Puis le renforcement global du circuit DANS _un / / DANS _C’est Pratiquement défini par le couplage de comptoir. Il peut être surprenant que le renforcement soit intentionnellement réduit. Ceci est acheté par d’énormes avantages: la bande passante est agrandie, les tolérances de fabrication de l’opération n’ont aucun sens et la caractéristique de l’opération est linéarisée (moins de distorsions).

Indépendance des paramètres [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les propriétés des composants électroniques dépendent de la température, elles saupoudrent en raison de la production et du vieillissement. Par exemple, si le renforcement de la boucle ouverte DANS Réparavant les OP, le renforcement global ne change que légèrement. Le renforcement de l’amplificateur de fonctionnement lui-même n’est généralement pas linéaire et serait en fait la raison des distorsions du signal. Cependant, comme les amplificateurs chirurgicaux sont toujours fortement utilisés, ils sont parmi les circuits les plus linéaires. Il est suffisant si le renforcement à proximité du point zéro (tension différentielle des deux entrées) est significativement plus grand que le renforcement global de l’application. Ce n’est que par l’utilisation systématique du couplage de compteur que les propriétés des renforts analogiques peuvent être reproductibles.

Réduction de la résistance de départ [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Si la sortie d’un amplificateur est chargée, la tension de sortie baisse. Le circuit se comporte comme si la cause était une résistance intérieure non poncée R _un serait juste avant le résultat. Un comptoir de tension informé L’amplificateur, pour ainsi dire, entrée À propos de la perte de tension, qui fournit ensuite tellement plus de tension que la tension cible est presque réalisée. Dans l’ensemble, la résistance interne efficace est réduite à

R eff= Ra1+α⋅V{displayStyle r_ {mathrm {eff}} = {frac {r_ {a}} {1 + alpha cdot v}}}

Exemple: un amplificateur de fonctionnement a le renforcement inactif v = 10 ⁵ et r _un = 20 Ω. Si un diviseur de tension est sélectionné avec α = 0,01, la résistance à la sortie effective n’est que R _effesser = 0,02 Ω. Cette réduction est très souhaitable dans la plupart des applications.

Lorsqu’un augmenter de la résistance de départ est nécessaire, cela peut être fait par un Électricité Le contre-couplage peut être atteint ( Voir Source de flux constant ).

Élargissement de la bande passante [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La bande passante augmente avec une baisse de renforcement. La zone des renforts constantes est comprise par la gamme.

Avec un amplificateur contre-couplé, le produit de bande passante de renforcement est constant et est appelé fréquence de transit F _T . Un changement de couplage comptoir affecte le renforcement et donc dans la bande passante.

• Si le renforcement d’une opération avec f _T = 1,3 MHz par le couplage (faible) Le couplage est défini sur V = 100, il a une plage de 13 kHz.
• Si le renforcement tombe à 10 lorsque le couplage du compteur est plus fort, la bande passante augmente à 130 kHz.
• En cas de puissant contre-couplage (α = 1), le convertisseur d’impédance, la bande passante varie à F _T .

Réduction des distorsions [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Dans le cas sans amplificateur (sans contre-coupe), la tension de sortie est précisément proportionnelle à la tension d’entrée, une connexion qui est montrée sous la forme d’une ligne caractéristique incurvée. Plus la courbure est forte, plus la teneur en arbre supérieure et le facteur de distorsion sont élevés k la tension de sortie. Les deux peuvent être réduits par le couplage de comptoir. Depuis le “renforcement de la boucle ouverte” ( sans couplage de comptoir ) Un couplage de comptoir fort peut toujours être choisi et il s’applique au facteur brillant:

k eff≈ k ⋅ un {displayStyle k_ {mathrm {eff}} approx kcdot alpha}

Si un transistor ou un tube avec un renforcement significativement moins basique d’environ 50 seulement est utilisé à la place de l’opération, le facteur de distorsion ne peut pas être réduit par le contre-couplage. Une autre caractéristique spéciale peut être observée si au lieu de l’opération, un composant avec des caractéristiques carrées telles qu’un transistor à effet de champ est utilisée ^[4] :

• Sans contre-équivalent, la distorsion carrée (4%) domine, tandis que la distorsion cubique est à peine mesurable (0,04%).
• S’il y a un couplage à faible comptoir, la distorsion carrée tombe à 2%, par exemple, tandis que la distorsion cubique initialement à 0,1% augmentation .
• Les deux types tombent avec un couplage de comptoir en croissance. Étant donné que la proportion carrée prévaut toujours, le facteur de distorsion ne peut pas être réduit en dessous d’environ 1% en raison du faible renforcement de base même avec un couplage de comptoir très fort. Pour cette raison, il est généralement préférable de résumer plusieurs étapes avec un “contre-couplage global fort” que de s’opposer à tout niveau d’amplificateur séparément.

Limites du comptoir [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Un signal rectangle à l’entrée d’un amplificateur (courbe supérieure) crée un signal retardé et arrondie à la sortie.

Le phénomène de Gibbsche dans une vibration rectangulaire

Les amplificateurs couplés montrent principalement un comportement bénin lors de signaux permanents avec de faibles changements d’amplitude. Le comportement temporel, en revanche, peut contenir des surprises si une impulsion (un processus de flanquant raide, une partie d’un signal rectangulaire) atteint l’entrée d’un amplificateur opposé. La raison en est à trouver dans le spectre très large en bande d’une vibration rectangulaire qui s’étend à peine à des fréquences extrêmement élevées. Une opération n’augmente plus au-delà de sa fréquence de transit F _T Et une courte période passe jusqu’à ce que le signal renforcé apparaisse à la sortie. Cela n’a rien à voir avec le dépassement et les effets plus graves qui en résultent.

Pendant ce temps, le couplage opposé n’a aucun effet (la boucle est “ouverte”), puis une fonction “arrondie” avec une augmentation plus faible de la montée est soustraite par le signal d’entrée, qui est aggravé par une charge capacitive à la sortie.

Les fréquences spectrales à haute fréquence au-delà F _T En principe, ne peut pas être compensé par le couplage de comptoir. Cela conduit à des écarts de signal transitoires (si appelés “exubérants”, également le phénomène de Gibbsche), qui sont plus près que l’amplificateur fonctionne sur sa limite d’instabilité (bord de phase) ^[5] .

Le comportement de phase est également influencé par la charge, c’est pourquoi les amplificateurs audio sont particulièrement affectés, car les charges (boîte de haut-parleur) ont fonctionné sur eux ont un cours d’impédance dépendant de la fréquence.

Des processus ont également été développés pour contourner ou compenser certains inconvénients du couplage des comptoirs par des circuits supplémentaires.

Conspiration pour les amplificateurs problématiques [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le cours d’impédance d’un haut-parleur en fonction de la fréquence montre l’effet de l’auto-résonance. Le décalage de phase indésirable se produit pendant cette fréquence.

Des problèmes se produisent toujours lorsque le décalage de phase ne montre pas aussi lisse que sur l’image supérieure. Cela s’applique à tous les amplificateurs couplés RC, un supérieur et possédez la limite de fréquence inférieure. Une «marge de phase» de presque zéro peut déjà être atteinte ici avec un couplage de comptoir faible, qui est parfois souhaitable d’élever des fréquences profondes («Bass Bassrs»). Les problèmes à la limite de fréquence supérieure sont toujours utilisés lors de l’utilisation des transformateurs de démarrage dans les amplificateurs de tube, qui assurent de solides déménagements de phase au voisinage des auto-résonances. Si le transformateur génère un décalage de phase de 180 ° à 20 kHz (bord de phase φ = 0 °), le couplage de comptoir devient une pièce de monnaie et les circuits. Il n’y a que deux antidote:

• Le renforcement est suffisamment abaissé avant 20 kHz, comme cela est nécessaire par le critère de stabilité de Barkhausen. Cette réduction de hauteur est généralement indésirable.
• Le comptoir sera réglé si faible qu’il est presque inefficace.

Dans la vie professionnelle, il existe une réglementation de l’offre par la demande d’un produit. En cas de forte demande sur un nouveau produit, l’offre est également augmentée, mais une saturation du marché qui se produit ensuite agit comme une rétroaction négative que la production n’augmente plus en raison de la baisse de la demande (voir également l’équilibre du marché). La croissance économique peut se terminer en termes de demande et en relation avec les capacités de production comme une rétroaction négative.

• Wolfgang Bauer, Hans Herbert Wagener: Éléments de construction et circuits de base de l’électronique. Bande 2: Circuits de base. Carl Hanser, Munich 1981, ISBN 3-446-12319-9.
• Gregor Häberle, Heinz Häberle, Thomas Kleiber: Radio spécialisée, télévision et radio électronique. 3e édition nouvellement traitée et élargie. Enseignants de Verlag Europa, Haan-Gruetes, 1996, ISBN 3-8085-3263-7.
• Jürgen Beetz: Feedback: Comment la rétroaction détermine nos vies et notre nature, la technologie, la société et les affaires dominent . Springer Spectrum, Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-47089-3.
• Hendrik Wade Bode, Analyse du réseau Une conception de l’amplificateur de rétroaction , Van Nostrand, 1945, 1948, …, 1953

1. ↑ L’horloge circadienne . Dans: Albrecht U (éd.): Revues de protéines . Groupe douzième . Springer-Verlag, Heidelberg, Berlin, New York, Tokio 2010, ISBN 978-1-4419-1261-9.
2. ↑ Amplificateur de fonctionnement des stages de circuit ( Mémento des Originaux à partir du 30 juin 2014 Archives Internet ) Info: Le lien d’archive a été utilisé automatiquement et non encore vérifié. Veuillez vérifier le lien d’origine et d’archiver en fonction des instructions, puis supprimez cette note. @d’abord @ 2 Modèle: webachiv / iabot / et.fh-duesseldorf.de (PDF; 547 Ko)
3. ↑ Opérateur chirurgical de stage de base (PDF; 424 Ko)
4. ↑ Tietze / Schenk: Technologie du circuit semi-conducteur 2002
5. ↑ un autre_view_of_tim pdf