Phản hồi âm là gì ?

Phản hồi âm điện áp

Hệ thống điều khiển được định nghĩa là tập hợp các thiết bị được sử dụng để điều khiển hoặc điều chỉnh đầu ra của hệ thống khác. Để đạt được sự ổn định và tự động sửa các lỗi xảy ra trong đầu ra của hệ thống, chúng tôi phụ thuộc vào kỹ thuật phản hồi.

Phản hồi có thể có độ lớn âm và độ lớn dương. Hệ thống điều khiển vòng hở không có tín hiệu phản hồi, vì vậy chúng còn được gọi là “Hệ thống điều khiển không phản hồi”. Hệ thống điều khiển vòng kín được kết nối với tín hiệu phản hồi để đạt được sự ổn định, vì vậy chúng còn được gọi là “Hệ thống phản hồi”.

Dựa trên bản chất của vòng phản hồi, hệ thống điều khiển vòng kín được phân thành hai loại 1) Hệ thống điều khiển phản hồi tích cực và 2) Hệ thống điều khiển Phản hồi âm.

Trong hướng dẫn này, chúng tôi thảo luận rõ ràng về các Phản hồi âm điện áp và các loại, tính năng của chúng, v.v.

Phản hồi âm điện áp

Phản hồi âm điện áp được định nghĩa là hệ thống vòng kín được kết nối với Phản hồi âm. Khi đầu ra của hệ thống được tăng lên nhiều hơn đầu ra mong muốn, thay vì tăng, chúng ta nên kiểm soát đầu ra bằng cách giảm đầu vào. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng điều khiển Phản hồi âm.

Sơ đồ khối của Phản hồi âm điện áp được hiển thị dưới đây. Khi vòng Phản hồi âm giảm mức tín hiệu đầu vào, nó còn được gọi là “Phản hồi thoái hóa”.

Sơ đồ khối Phản hồi âm

Dưới đây là một sơ đồ khối đơn giản của vòng Phản hồi âm. Trong đó, X là tín hiệu đầu vào và Y là tín hiệu đầu ra cho hệ thống G, và H là vòng phản hồi âm để điều khiển tín hiệu đầu vào được tổng hợp tại tín hiệu đầu vào.

Ví dụ cho hệ thống điều khiển Phản hồi âm

Vòng Phản hồi âm được sử dụng để kiểm soát hoặc giảm đầu ra dư thừa của hệ thống, bằng cách trừ đi một số lượng tín hiệu từ đầu vào. Một bộ khuếch đại điện tử là ví dụ của Phản hồi âm điện áp.

Bộ khuếch đại phản hồi âm được thiết kế bằng cách kết nối tín hiệu đầu vào với chân đảo ngược của op-amp và kết nối một số lượng tín hiệu đầu ra với đầu vào, dưới dạng vòng phản hồi thông qua một đường điện trở.

Nếu Vin là tín hiệu đầu vào của op-amp thông qua điện trở Rin và Rf là điện trở phản hồi, thì đầu ra của hệ thống được điều khiển bằng cách cấp lại tín hiệu có tỷ lệ khuếch đại Rf ÷ Rin.

Khi tín hiệu đầu vào là tích cực, đầu ra của op-amp trở thành âm và Phản hồi âm sẽ điều chỉnh op-amp ở trạng thái điều kiện đầu ra mong muốn.

Tương tự, nếu chúng ta kết nối đầu vào âm với op-amp, thì đầu ra của nó sẽ trở thành dương (đầu ra đảo ngược). Khi Phản hồi âm được cung cấp cho đầu vào, nó sẽ thêm tín hiệu đầu vào và duy trì đầu ra mong muốn.

Các hệ thống điều khiển hỗ trợ nguồn cấp tín hiệu âm không tự dao động, bởi vì chúng được điều khiển bằng cách đảo ngược hoạt động của đầu vào và vòng phản hồi.

Vì vậy các hệ thống này được coi là ổn định hơn các hệ thống điều khiển tích cực. Phản hồi âm điện áp miễn nhiễm hơn với những dao động và biến thể của các thành phần hệ thống khác nhau.

Chức năng chuyển giao

Hoạt động và hiệu quả của hệ thống điều khiển Phản hồi âm có thể được giải thích bằng cách sử dụng chức năng truyền của nó. Một ‘Hàm truyền’ được định nghĩa là hàm tương đối giữa đầu vào và đầu ra.

Trong Phản hồi âm điện áp, một tín hiệu trung gian được định nghĩa là Z, như hình dưới đây.

Đầu ra của hệ thống bằng Y (s)

Y (s) = Z (s). G (s)

Z (s) = X (s) – Y (s). H (s)

X (s) = Z (s) + Y (s). H (s)

X (s) = Z (s) + Z (s). G (các). H (s)

Vậy (Y (s)) / (X (s)) = (Z (s) .G (s)) / (Z (s) + Z (s) G (s) H (s))

(Y (s)) / (X (s)) = (G (s)) / (1+ G (s) .H (s))

Vậy hàm truyền của vòng hồi tiếp âm bằng (G (s)) / (1+ G (s) .H (s)).

Vấn đề ví dụ

Tìm độ lợi vòng kín và hoạt động của mạch của bộ khuếch đại vòng hồi tiếp âm, khi các điện trở hồi tiếp là 1K và 10K.

Trong ví dụ đã cho, vòng phản hồi có các điện trở 1K và 10K được kết nối song song. I E

R1 = 1kΩ

R2 = 10kΩ

Bây giờ độ lợi của vòng phản hồi có thể được tính như

β = R1 / (R1 + R2)

= 0,0909 = 1/11

Độ lợi vòng kín của hệ thống có thể được tính như

Ac = 1 / β

= 1 / 0,0909

= 11

Phân tích hành vi vòng kín

Chúng ta đã biết rằng độ lợi vòng kín là 11 và giả sử độ lợi vòng hở là 1000, bằng cách so sánh độ lợi vòng kín với công thức hàm truyền, chúng ta nhận được

= (G (s)) / (1+ G (s) .H (s))

= A_o / (1+ A_c.β)

= 1000 / (1 + 1000 * 11 -1 )

= 10,88.

Vì vậy, độ lợi thực tế của bộ khuếch đại vòng kín là 10,88, nhưng độ lợi thực tế là 11.

Khi Phản hồi âm được áp dụng cho tín hiệu, độ lợi vòng hở sẽ ảnh hưởng như thế nào đến độ lợi vòng kín của hệ thống?

Giả sử độ lợi vòng mở của hệ thống là 2000, sau đó tìm độ lợi vòng kín mà chúng ta nhận được

= Ao / (1+ Ac.β)

= 5000 / (1 + 5000 * 11 -1 )

= 10,97.

Điều này có nghĩa là, nếu chúng ta tăng độ lợi của vòng mở lên 400%, thì độ lợi của vòng đóng sẽ thay đổi 0,8%.

Điều này có nghĩa là độ lợi của một hệ thống không phụ thuộc vào nhiệt độ và các biến số khác. Nó chỉ phụ thuộc vào độ lợi của vòng phản hồi mà thôi.

Phân loại Phản hồi âm

Dựa trên quá trình khuếch đại của tín hiệu đầu vào và điều kiện đầu ra mong muốn, các vòng phản hồi được phân thành 4 loại khác nhau. họ đang

  • Sê-ri – cấu hình shunt
  • Shunt – cấu hình shunt
  • Sê-ri – cấu hình sê-ri
  • Shunt – cấu hình loạt

Sê-ri – cấu hình shunt

Đây còn được gọi là “Nguồn điện áp điều khiển bằng điện áp” hoặc “Cấu hình điện áp vào và ra”. Trong hệ thống phản hồi điện áp nối tiếp này, tín hiệu điện áp lỗi được đưa trở lại tín hiệu điện áp đầu vào dưới dạng shunt hoặc kết nối nối tiếp. Sơ đồ khối cho kết nối nối tiếp – shunt được hiển thị bên dưới.

loạt - cấu hình shunt

Trong hệ thống cấu hình shunt loạt này, cả đầu vào và đầu ra đều là tín hiệu điện áp. Vì vậy, nó hoạt động như một bộ khuếch đại điện áp thực sự với độ lợi truyền là

Av = Vout / Vin.

Shunt – cấu hình loạt

Điều này còn được gọi là “Nguồn hiện tại được kiểm soát hiện tại” hoặc “Cấu hình dòng vào và dòng ra”. Trong hệ thống phản hồi dòng điện shunt này, tín hiệu dòng điện lỗi được đưa trở lại tín hiệu dòng điện đầu vào dưới dạng kết nối shunt hoặc song song. Sơ đồ khối cho kết nối shunt – shunt được hiển thị bên dưới.

Trong hệ thống cấu hình dòng shunt này, cả đầu vào và đầu ra đều là tín hiệu hiện tại. Vì vậy, nó hoạt động như một bộ khuếch đại dòng điện thực sự với độ lợi chuyển

Ai = Iout / Iin.

Sê-ri – Cấu hình sê-ri

Điều này còn được gọi là “nguồn dòng điện được điều khiển bằng điện áp” hoặc “cấu hình điện áp vào và dòng ra”. Trong hệ thống phản hồi dòng điện nối tiếp này, tín hiệu dòng điện lỗi được đưa trở lại tín hiệu dòng điện đầu vào dưới dạng kết nối chuỗi.

Sơ đồ khối cho cấu hình loạt – loạt được hiển thị bên dưới.

Trong hệ thống cấu hình loạt – series này, tín hiệu đầu vào là điện áp và đầu ra là tín hiệu dòng điện. Vì vậy, nó hoạt động như một dây dẫn chuyển tiếp với độ lợi truyền Av = Vout / Iin.

Shunt – Cấu hình Shunt

Điều này còn được gọi là “nguồn điện áp được kiểm soát hiện tại” hoặc “cấu hình dòng điện vào và ra”. Trong hệ thống phản hồi dòng điện loạt này, tín hiệu dòng điện lỗi được đưa trở lại tín hiệu dòng điện đầu vào dưới dạng kết nối shunt. Sơ đồ khối cho cấu hình shunt – shunt được hiển thị bên dưới.

Trong hệ thống cấu hình shunt – shunt này, tín hiệu đầu vào là dòng điện và đầu ra là tín hiệu điện áp. Vì vậy, nó hoạt động như một điện trở chuyển giao với độ lợi chuyển giao là

Av = Iout / Vin.

Ảnh hưởng của nguồn cấp tín phẩn hồi hiệu âm

Phản hồi âm gây ra một số thay đổi trong hành vi hệ thống và thuộc tính hệ thống. họ đang

  • Giảm mức tăng
  • Giảm độ nhạy đạt được
  • Giảm biến dạng phi tuyến tính
  • Mở rộng băng thông
  • Giảm hiệu ứng tiếng ồn
  • Tăng cường trở kháng đầu vào và đầu ra
  • Tăng sức đề kháng đầu vào

Tăng giảm

Chúng ta biết rằng độ lợi của vòng kín bằng

Độ lợi vòng kín = (độ lợi vòng hở) / ((1 + độ lợi vòng hở * B))

Ac = Ao / (1 + Ao * B) trong đó B là hệ số phản hồi.

Nếu B> 0, thì mẫu số rõ ràng trở nên lớn hơn 1, do đó độ lợi của vòng lặp sẽ bị giảm bởi phản hồi âm.

Giảm méo tuyến tính

Xem xét đặc tính điện áp của hệ thống có phản hồi (hệ thống vòng kín) và không có phản hồi (phản hồi vòng hở) và giả sử rằng đặc tính truyền điện áp của hệ thống vòng hở là tuyến tính.

Khi độ lợi của hệ thống vòng hở thay đổi từ 1000 đến 100 và sau đó 100 đến 0 thì vẽ đồ thị đặc tính điện áp Vo / Vi và áp dụng phản hồi âm, B = 0,01.

Đối với sự thay đổi của 1000 thành 100, độ lợi vòng kín là 1000 / (1000 + 1000 * 0,01) = 90,9

Đối với sự thay đổi của 100 thành 0, độ lợi vòng kín là 100 / (100 + 100 * 0,01) = 50

Điều này có nghĩa là, độ lợi vòng kín của hệ thống thay đổi từ 90,7 thành 50 và sau đó từ 50 thành 0. Bây giờ nếu chúng ta vẽ biểu đồ độ lợi vòng kín, chúng ta có thể quan sát thấy rằng sự thay đổi trong độ lợi nhiều hơn đối với vòng kín, so với mở vòng.

Điều này có nghĩa là Phản hồi âm sẽ làm giảm biến dạng tuyến tính.

Tăng băng thông

Nếu chúng ta xem xét một bộ khuếch đại tần số cao với cực ưu thế ‘wh’ thì bằng cách tính toán độ lợi của hệ thống, chúng ta nhận được

A = A0 / (1 + (s / Wh)).

Tính độ lợi sau khi áp dụng phản hồi âm, Af = A / (1 + AB) trong đó B là hệ số phản hồi.

A f = A / (1 + AB)

= (Ao / (1 + (s / (wh * (1 + Ao B)))))

Từ phương trình trên, chúng ta có thể nhận thấy rằng

A của = (Ao / (1 + Ao B))

W cao f = Wh * (1 + Ao B) – – – – -> (1)

Từ phương trình 1, chúng ta thấy điểm 3-db tần số cao được tăng lên theo hệ số (1 + Ao B) khi chúng ta áp dụng phản hồi âm.

Sử dụng cùng một hàm truyền, phân tích, nếu chúng ta tìm thấy hàm truyền cho điểm tần số thấp, thì

W low f = W low / (1 + Ao B)

Vì vậy, băng thông là sự khác biệt giữa các điểm tần số cao và thấp, được tăng lên bằng cách sử dụng phản hồi âm.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button