O sistema de feedback tem múltiplas vantagens sobre os sistemas convencionais. Ajuda a melhorar o ganho de saída do circuito e aumenta a resposta linear do circuito. Também reduz as chances de distorções de sinal que ocorrem principalmente devido a sinais de ruído.
Os sistemas de feedback são usados principalmente em circuitos amplificadores, sistemas de controle baseados em saída e circuitos osciladores. Os sistemas de feedback têm dois tipos: Positivo comentários e Negativo opinião. Este artigo se concentrará muito no último tipo de feedback.
Esboço rápido:
- O que é sistema de feedback negativo em eletrônica
- Circuito de Feedback Negativo
- Função de transferência de feedback negativo
- Feedback negativo em amplificadores operacionais
- Exemplo 1
- Exemplo 2
- Exemplo 3
- Diferença entre sistemas de feedback positivo e negativo
- Aplicações e propriedades do sistema de feedback negativo
- Efeito do feedback negativo na largura de banda
- Conclusão
O que é sistema de feedback negativo em eletrônica
O feedback negativo em um circuito elétrico é um mecanismo de controle que estabiliza e regula as operações do circuito elétrico. Circuitos com sistemas de feedback negativo integrados recebem um sinal de saída e o transmitem à entrada como um sinal. sinal de oposição de fase (invertido) . Este sistema de feedback reduz quaisquer desvios ou erros nos sinais de saída.
Feedback negativo também é denominado feedback degenerativo . Na realimentação negativa, o sinal de saída que vem como realimentação é subtraído do sinal de referência de entrada. A saída resulta em um erro conhecido como ganho de feedback . Este sinal de erro gerado após a subtração modificará a resposta do sistema de acordo. Se o ganho do sistema for positivo, o sinal de feedback vindo da saída deve ser subtraído do sinal de referência de entrada para manter o feedback negativo.
Quando o feedback negativo é subtraído da entrada de referência, torna o sistema mais estável. Digamos que existe um sistema que apresenta um comportamento incomum – para contrariar esta mudança, o sistema irá gerar um sinal de saída. Este sinal de saída ou feedback neutraliza o sinal de entrada – modificando a entrada de acordo para fazer com que todo o sistema funcione de forma eficiente.
Circuito de Feedback Negativo
O circuito de feedback negativo é ilustrado na imagem abaixo. Aqui você pode ver que um sinal de saída é levado de volta para o lado de entrada como feedback. No lado da entrada, é gerada uma diferença entre o sinal de referência e a diferença do sinal de feedback, o que impulsiona ainda mais o sistema.
1. Componentes : O circuito consiste em dois componentes principais:
- Um amplificador com ganho G.
- Um ciclo de feedback com fator de feedback β.
O sinal de entrada é V em e a saída do amplificador é V fora .
2. Junção de soma : Na entrada do amplificador, há uma junção somadora (geralmente representada por um círculo com um sinal de menos dentro). Esta junção subtrairá o sinal de feedback da entrada de referência. A parte subtraída é o produto do fator de feedback β e da saída Vout – então o sinal de erro é V em – bV fora .
3. Ciclo de Feedback : Este sinal de erro (V em – bV fora ) é o que impulsiona o sistema. Representa a diferença entre a entrada desejada V em e a saída real V fora escalonado pelo fator de feedback β.
4. Feedback negativo : O conceito-chave aqui é o feedback negativo. Quando a saída V fora alterações devido a quaisquer distúrbios ou alterações na entrada V em o sinal de erro (Vin – βV fora ) é criado. O sinal de erro calculado será amplificado pelo amplificador com ganho G e realimentado na junção somadora. É importante ressaltar que esse feedback é negativo porque é subtraído da entrada.
- Se o V fora aumenta (ou seja, a saída do sistema vai mais alto do que o desejado), o feedback reduz o erro trazendo V fora de volta ao valor desejado.
- Se o V fora diminui (ou seja, a saída do sistema fica abaixo do desejado) o feedback aumenta o erro que aciona V fora volte para o valor desejado.
5. Equação Geral de Feedback : A equação de feedback geral para este sistema é normalmente expressa como
Esta equação relaciona a saída V fora à entrada Vin e o fator de feedback β através do ganho do amplificador G. Mostra como o sistema usa feedback negativo para regular e controlar a saída para corresponder à entrada desejada.
Função de transferência de feedback negativo
A função de transferência define uma equação que representa a relação entre entrada e saída. Diz-nos como as mudanças na entrada afetam a saída. Na realimentação negativa, temos um sinal intermediário representado por Z. Este sinal intermediário representa a diferença entre a saída e a entrada.
Para o função de transferência equação de feedback negativo, Z é usado para calcular o sinal de erro ou correção necessária para aproximar o sistema do valor de saída desejado.
O diagrama de blocos a seguir mostra o sistema de feedback negativo. Usando este diagrama, podemos calcular a função de transferência para um sistema de feedback negativo:
A saída do sistema de feedback negativo é igual a Y(s):
Feedback negativo em amplificadores operacionais
Em uma configuração de feedback negativo, uma parte da saída do amplificador operacional (V) é dada ao terminal de inversão de entrada (-). Este sinal de saída será subtraído da referência de entrada. Ajuda a controlar e estabilizar o ganho do amplificador.
Usando feedback negativo em um circuito de amplificador operacional, você pode definir o nível de ganho desejado enquanto mantém a estabilidade do sistema. O feedback negativo reduz as não linearidades nas características do amplificador operacional, fazendo com que ele opere mais próximo do comportamento ideal.
Um circuito amplificador operacional de feedback negativo (amplificador operacional) é projetado usando um amplificador operacional como componente central. Um amplificador operacional possui duas entradas: uma é inversora (-) e a outra não inversora (+). Possui um terminal de saída. Para o sistema de feedback negativo, usaremos o lado inversor dos amplificadores operacionais.
Este circuito normalmente inclui:
- Resistor de entrada (Rin) conectando a fonte única à entrada inversora (-) do amplificador operacional.
- Um resistor de feedback (Rf) conectando a saída do amplificador operacional à entrada inversora (-).
- Uma conexão com a carga na saída do amplificador operacional.
Você pode encontrar ganho usando a proporção Rf para Rin. Este feedback negativo estabiliza e controla o comportamento do amplificador operacional. Funciona minimizando a diferença de tensões entre as duas entradas inversoras e não inversoras. Isso cria um curto-circuito virtual entre eles. Como resultado, o amplificador operacional ajusta sua tensão de saída para manter esse equilíbrio – tornando-o um amplificador eficaz com ganho controlado.
Exemplo 1: Cálculo do Ganho de Malha Fechada
Um sistema tem um ganho de 60 dB sem realimentação. A fração de feedback negativo é 1/20, encontre o ganho de malha fechada (em dB) com a adição de feedback negativo.
Solução:
O ganho em malha fechada com feedback negativo é dado pela fórmula:
Neste caso, o ganho de malha aberta é de 60 dB e a fração de feedback é de 1/20.
Assim, com uma fração de feedback de 1/20, o ganho de malha fechada do sistema será de 86,02 dB.
Exemplo 2: Cálculo do ganho de tensão
Se um amplificador inicialmente tem um ganho de tensão de 3.000 (sem realimentação) e depois compreende uma realimentação de tensão negativa com uma fração de realimentação de mv = 0,01. Qual será o novo ganho de tensão do amplificador?
Solução :
Você pode usar a fórmula de ganho de tensão para o amplificador com realimentação de tensão negativa – para calcular o ganho de tensão do amplificador:
Na fórmula acima:
A f = Ganho de tensão com feedback
A = Ganho de tensão sem feedback
mv = Fração de feedback
Aqui temos:
Ganho de tensão sem feedback (A) = 3000
Fração de feedback (mv) = 0,01
Agora, coloque esses valores na fórmula:
Portanto, o ganho de tensão do amplificador com realimentação de tensão negativa é de aproximadamente 96,77.
Exemplo 3: Cálculo de Resistências de Feedback
Determine os valores apropriados para resistências de feedback, R 1 e R 2 . Você deve estabilizar um circuito amplificador não inversor usando um amplificador operacional com ganho de tensão em malha aberta (AVOL) de 220.000. Seu ganho de circuito fechado desejado é 40.
Solução :
Uma equação geral de feedback de malha fechada é:
Para obter a fração de feedback β, reorganize a equação acima:
Neste caso, o ganho de malha aberta é muito alto. Portanto, a fração de feedback β será aproximadamente igual ao recíproco do ganho de malha fechada 1/G. Como o valor de 1/A é muito pequeno, aproximadamente igual a (0,025).
Os resistores R1 e R2 na configuração acima formam o circuito divisor de potencial de tensão em série. Você pode encontrar o ganho de tensão em malha fechada da seguinte forma:
Vamos assumir o valor de R2 como 1000 Ω (1 kΩ). Então o valor de R 1 pode ser escrito como
Portanto, para o circuito amplificador não inversor com ganho de 40, você precisa selecionar R 1 de 39 kΩ e R 2 de 1 kΩ.
Diferença entre sistemas de feedback positivo e negativo
Você pode encontrar a diferença entre os sistemas de feedback positivo e negativo na tabela abaixo:
| Diferenças de tipo de feedback | Feedback Positivo | Avaliação negativa |
|---|---|---|
| Definição | Neste feedback, o feedback de referência e os sinais de entrada são adicionados. | Neste tipo, o feedback de saída é subtraído da entrada de referência. |
| Nomenclatura | Feedback positivo ou feedback regenerativo. | Feedback negativo ou feedback degenerativo. |
| Propósito | Amplifica ou aumenta um sinal. | Estabiliza ou regula um sinal. |
| Efeito no sistema | Pode levar a comportamentos e oscilações imprevisíveis. | Promove previsibilidade e operação em estado estacionário. |
| Ganhe direção | Aumenta o ganho do sistema. | Reduz o ganho do sistema. |
| Uso | Amplificadores de áudio e osciladores de relaxamento. | Amplificadores operacionais (Op-Amps), sistemas de controle de feedback. |
| Estabilidade | Muitas vezes leva à instabilidade. | Melhora a estabilidade do sistema. |
| Por exemplo | Gatilhos e flip-flops Schmitt. | Amplificadores de tensão e controladores de temperatura. |
Aplicações e propriedades do sistema de feedback negativo
Os sistemas de feedback negativo têm muitas aplicações na eletrônica geral. Esses sistemas melhoraram a instabilidade do sistema, a linearidade do sistema, a resposta de frequência e a resposta ao degrau. Devido a esses benefícios dos sistemas de feedback negativo, muitos circuitos amplificadores em eletrônicos possuem sistemas de feedback negativo.
Algumas descrições detalhadas de sistemas de feedback negativo são fornecidas abaixo:
Estabilidade : Um sistema de feedback negativo reduz os desvios do ponto desejado, resultando em um sistema mais estável. Por exemplo, um termostato garante que a temperatura permaneça próxima do valor escolhido.
Precisão: Os sistemas de feedback negativo melhoram a precisão do sistema, minimizando erros. Num circuito amplificador, o feedback negativo reduz a distorção e produz um sinal mais estável na saída.
Controle de largura de banda : Você também pode controlar a largura de banda do amplificador com a ajuda de um sistema de feedback negativo. Isso os torna adequados para diversas aplicações. Essas aplicações incluem amplificação de áudio até amplificação de radiofrequência.
Redução de ruído : O feedback negativo pode diminuir ruídos e interferências indesejados. A redução de ruído tem múltiplas aplicações na área de sistemas de áudio e dispositivos de comunicação.
Resposta Dinâmica : Os sistemas de feedback negativo têm capacidade de resposta dinâmica. Esses sistemas podem se ajustar de acordo com determinadas condições. Um exemplo de resposta dinâmica inclui o sistema de controle de cruzeiro do carro.
Efeito do feedback negativo na largura de banda
A largura de banda explica a faixa de frequência operacional para um amplificador com ganho constante. Um sistema com largura de banda maior significa que o amplificador pode lidar com mais frequências. O feedback negativo reduz o ganho do amplificador, fornecendo a saída no lado da entrada. Isto melhora a estabilidade e a linearidade do sistema, mas, como resultado, também reduz o ganho do sistema.
O efeito do feedback negativo na largura de banda depende do tipo e da quantidade de feedback aplicado. Geralmente, o feedback negativo aumenta a largura de banda reduzindo o ganho do sistema. O produto do ganho de largura de banda, que é a medida do desempenho de um amplificador, permanece constante independentemente do feedback.
Por exemplo , considere um circuito amplificador sem realimentação com ganho de largura de banda de 100 e 10 kHz. Aplicar feedback negativo para reduzir o ganho para 10. Isso aumentará a largura de banda para 100 kHz. O produto ganho-largura de banda ainda é 100 × 10 kHz = 1 MHz em ambos os casos.
No entanto, o feedback negativo também afeta as frequências de corte do amplificador. Estas são as frequências onde o sistema ganha quedas do valor máximo. O feedback negativo diminui a frequência de corte e aumenta a frequência de corte superior. Isso resultará no alargamento da curva de resposta de frequência do amplificador. O efeito líquido do feedback negativo sobre a largura de banda é trocar ganho por largura de banda.
Isso significa que a aplicação de feedback negativo aumentará a faixa de frequências que um amplificador pode suportar. Mas tudo isto tem o custo de reduzir o seu factor de amplificação.
Conclusão
Um sistema de feedback negativo pode controlar ou ajustar a saída servindo uma parte da saída no lado da entrada. Esse feedback gera um sinal de erro, que proporcionará um sistema mais estável. Este sinal de erro é dinâmico e aciona todo o sistema. Um sistema de feedback negativo pode melhorar a precisão do sistema e também controlar a largura de banda. Este sistema de feedback é usado em circuitos amplificadores, como cancelamento de ruído ou sistemas de controle de cruzeiro de automóveis. Leia mais sobre a descrição detalhada do feedback negativo neste artigo.