Positieve feedback

Zoals we hebben gezien, is negatieve feedback een ongelooflijk handig principe wanneer het wordt toegepast op operationele versterkers. Het is wat ons in staat stelt om al deze praktische circuits te creëren, waarbij we in staat zijn om winsten, snelheden en andere belangrijke parameters nauwkeurig in te stellen met slechts een paar veranderingen van weerstandswaarden. Negatieve feedback maakt al deze circuits stabiel en zelfcorrigerend.

Het basisprincipe van negatieve feedback is dat de output de neiging heeft om in een richting te rijden die een evenwichtstoestand (balans) creëert. In een op-amp-circuit zonder feedback is er geen correctiemechanisme en zal de uitgangsspanning verzadigen met de kleinste hoeveelheid differentiële spanning die tussen de ingangen wordt toegepast. Het resultaat is een vergelijker:

Met negatieve feedback (de uitgangsspanning wordt op de een of andere manier teruggekoppeld naar de inverterende ingang), heeft het circuit de neiging om te voorkomen dat de uitgang naar volledige verzadiging wordt gestuurd. In plaats daarvan stuurt de uitgangsspanning slechts zo hoog of zo laag als nodig is om de spanningen van de twee ingangen in evenwicht te brengen:

Of de uitgang nu direct wordt teruggekoppeld naar de inverterende (-) ingang of gekoppeld via een set componenten, het effect is hetzelfde:de extreem hoge differentiële spanningsversterking van de op-amp wordt "getemd" en het circuit reageert overeenkomstig naar de dictaten van de feedback "loop" die de uitgang verbindt met de inverterende ingang.

Hoe werkt positieve feedback in een op-amp?

Een ander type feedback, namelijk positieve feedback , vindt ook toepassing in op-amp-circuits. In tegenstelling tot negatieve feedback, waarbij de uitgangsspanning wordt "teruggekoppeld" naar de inverterende (-) ingang, wordt bij positieve feedback de uitgangsspanning op de een of andere manier teruggeleid naar de niet-inverterende (+) ingang. In zijn eenvoudigste vorm kunnen we een recht stuk draad verbinden van de uitgang naar de niet-inverterende ingang en kijken wat er gebeurt:

De inverterende ingang blijft losgekoppeld van de terugkoppellus en is vrij om een ​​externe spanning te ontvangen. Laten we eens kijken wat er gebeurt als we de inverterende ingang aarden:

Met de inverterende ingang geaard (op nul volt gehouden), wordt de uitgangsspanning bepaald door de grootte en polariteit van de spanning op de niet-inverterende ingang. Als die spanning toevallig positief is, zal de op-amp zijn uitgang ook positief sturen, en die positieve spanning terugvoeren naar de niet-inverterende ingang, wat zal resulteren in een volledige positieve uitgangsverzadiging. Aan de andere kant, als de spanning op de niet-inverterende ingang negatief begint, zal de uitgang van de op-amp in de negatieve richting rijden, terugkoppelen naar de niet-inverterende ingang en resulteren in volledige negatieve verzadiging.

Wat we hier hebben, is een circuit waarvan de uitvoer bistabiel is :stabiel in een van de twee toestanden (verzadigd positief of verzadigd negatief). Als het eenmaal een van die verzadigde toestanden heeft bereikt, zal het de neiging hebben in die toestand te blijven, onveranderlijk. Wat nodig is om het van toestand te laten veranderen, is een spanning op de inverterende (-) ingang van dezelfde polariteit, maar van een iets grotere grootte. Als ons circuit bijvoorbeeld verzadigd is bij een uitgangsspanning van +12 volt, is er een ingangsspanning bij de inverterende ingang van ten minste +12 volt nodig om de uitgang te laten veranderen. Als het verandert, wordt het volledig negatief.

Hoe is positieve feedback nuttig?

Een op-amp met positieve feedback heeft de neiging om in de uitgangstoestand te blijven waarin hij zich al bevindt. Hij "vergrendelt" tussen een van de twee toestanden, verzadigd positief of verzadigd negatief. Technisch gezien staat dit bekend als hysterese .

Hysterese kan een nuttige eigenschap zijn voor een vergelijkingscircuit. Zoals we eerder hebben gezien, kunnen comparatoren worden gebruikt om een ​​blokgolf te produceren van elke soort van oplopende golfvorm (sinusgolf, driehoeksgolf, zaagtandgolf, enz.) invoer. Als de binnenkomende AC-golfvorm ruisvrij is (dat wil zeggen, een "pure" golfvorm), zal een eenvoudige comparator prima werken.

Als er echter afwijkingen in de golfvorm zijn, zoals harmonischen of "pieken" die ervoor zorgen dat de spanning aanzienlijk stijgt en daalt binnen de tijdspanne van een enkele cyclus, kan de uitgang van een comparator onverwacht van status veranderen:

Elke keer dat er een overgang is door het referentiespanningsniveau, hoe klein die overgang ook is, zal de uitgang van de comparator van toestand wisselen en een blokgolf met "glitches" produceren.

Als we een beetje positieve feedback toevoegen aan het comparatorcircuit, zullen we hysterese in de uitvoer introduceren. Deze hysterese zorgt ervoor dat de uitgang in de huidige staat blijft tenzij de AC-ingangsspanning een grote ondergaat verandering in grootte.

Wat deze feedbackweerstand creëert, is een dubbele referentie voor het comparatorcircuit. De spanning die wordt toegepast op de niet-inverterende (+) ingang als referentie die moet worden vergeleken met de inkomende wisselspanning, verandert afhankelijk van de waarde van de uitgangsspanning van de op-amp. Wanneer de op-amp-uitgang verzadigd positief is, zal de referentiespanning op de niet-inverterende ingang positiever zijn dan voorheen. Omgekeerd, wanneer de op-amp-uitgang verzadigd negatief is, zal de referentiespanning aan de niet-inverterende ingang negatiever zijn dan voorheen. Het resultaat is gemakkelijker te begrijpen in een grafiek:

Wanneer de op-amp-uitgang verzadigd positief is, is de bovenste referentiespanning van kracht en zal de uitgang niet dalen tot een negatief verzadigingsniveau tenzij de AC-ingang boven stijgt dat bovenste referentieniveau. Omgekeerd, wanneer de op-amp-uitgang verzadigd negatief is, is de lagere referentiespanning van kracht en zal de uitgang niet stijgen tot een positief verzadigingsniveau tenzij de AC-ingang onder daalt dat lagere referentieniveau. Het resultaat is weer een zuivere blokgolfuitgang, ondanks aanzienlijke hoeveelheden vervorming in het AC-ingangssignaal. Om ervoor te zorgen dat een "glitch" ervoor zorgt dat de comparator van de ene toestand naar de andere overschakelt, moet deze minstens zo groot (hoog) zijn als het verschil tussen de bovenste en onderste referentiespanningsniveaus, en op het juiste moment om beide niveaus te overschrijden.

Een andere toepassing van positieve feedback in op-amp-circuits is de constructie van oscillatorcircuits. Een oscillator is een apparaat dat een wisselende (AC) of op zijn minst pulserende uitgangsspanning produceert. Technisch gezien staat het bekend als een astabiele apparaat:geen stabiele uitgangstoestand hebben (geen enkel evenwicht). Oscillatoren zijn erg handige apparaten, en ze zijn gemakkelijk te maken met slechts een op-amp en een paar externe componenten.

Wanneer de uitvoer verzadigd positief is, wordt de V_ref zal positief zijn en de condensator zal in een positieve richting opladen. Wanneer V_oprit overschrijdt V_ref met de kleinste marge, zal de output negatief verzadigen en zal de condensator in de tegenovergestelde richting opladen (polariteit). Oscillatie treedt op doordat de positieve terugkoppeling ogenblikkelijk is en de negatieve terugkoppeling vertraagd (door middel van een RC-tijdconstante). De frequentie van deze oscillator kan worden aangepast door de grootte van een component te variëren.

BEOORDELING:

• Negatieve feedback creëert een toestand van evenwicht (evenwicht). Positieve feedback creëert een toestand van hysterese (de neiging om te "vergrendelen" in een van de twee extreme toestanden).
• Een oscillator is een apparaat dat een wisselende of pulserende uitgangsspanning produceert.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad met positieve feedback OpAmp-circuits