Versterker Terugkoppeling Begrijpen

In een versterker kan een deel van het uitgangssignaal terug naar de invoer worden geleid. Deze intentionele koppeling staat bekend als terugkoppeling en is een hoeksteen van moderne elektronica.

Typen Terugkoppeling

Terugkoppeling wordt doorgaans ingedeeld in twee verschillende smaken:

• Positief (regeneratief) – het teruggekaatste signaal versterkt de uitgangsverandering.
• Negatief (degeneratief) – het teruggekaatste signaal werkt de uitgangsverandering tegen.

Positieve terugkoppeling kan een schakeling in oscillatie brengen, terwijl negatieve terugkoppeling veranderingen geneigt te dempen en de versterker naar stabiliteit te duwen.

Positieve Terugkoppeling in de Praktijk

Een veelvoorkomende illustratie is het 'gewaaid' dat gehoord wordt in PA-systemen wanneer een microfoon te dicht bij een luidspreker wordt gehouden. De microfoon vangt de eigen uitgang van de luidspreker op, versterkt het opnieuw, en de lus herhaalt zich, producerend een stijgend-volume toon dat de versterker uiteindelijk verzadigt. In schakelontwerp wordt intentionele positieve terugkoppeling gebruikt om oscillators te creëren, die een DC-voeding omzetten in een constante AC-golfvorm.

Negatieve Terugkoppeling en zijn Voordelen

Wanneer negatieve terugkoppeling wordt toegepast, wordt elke toename in de uitgang tegengewerkt door een aftrekkend signaal teruggekaatst naar de invoer. Het resultaat is een meer lineaire respons, verminderde vervorming, en een uitgebreide bandbreedte. De afweging is een reductie in spanningsversterking; de versterker vereist een grotere invoer om hetzelfde uitgangsniveau te bereiken. Voor de meeste toepassingen wegen de gewonnen stabiliteit en helderheid op tegen de verlies in rauwe versterking.

Negatieve Terugkoppeling Illustreren in een Common-Emitter Versterker

Overweeg de klassieke common-emitter trap getoond hieronder. Het biasnetwerk (R1 en R2) vestigt een rustende basisspanning, terwijl R3 de spanningsversterking controleert. Omdat de trap het signaal inverseert, introduceert het verbinden van de collector met de basis negatieve terugkoppeling.

Met een collector-naar-basis verbinding wordt de spanning gezien aan de basis een gewogen mengsel van de invoer en de terugkoppeling, wat de effectieve versterking verlaagt maar lineariteit en bandbreedte verbetert.

Alternatief, het plaatsen van een weerstand tussen de emitter en de grond bereikt hetzelfde effect door een spanning proportional aan de emitterstroom te laten vallen. Deze 'emitter terugkoppeling' werkt direct tegen de basis-emitter spanning en stabiliseert de trap verder.

Terwijl de DC-versterking verminderd wordt, kan de AC-versterking behouden blijven door een ontkoppelcondensator parallel aan de emitterweerstand te plaatsen. De condensator biedt een lage-impedantie pad voor AC, effectief de emitter voor signaalfrequenties 'kortsluitend' naar de grond terwijl DC-terugkoppeling nog steeds thermische wegloping voorkomt.

Waarom Negatieve Terugkoppeling Essentieel Is

Zonder negatieve terugkoppeling zouden temperatuurschwankingen de basis-emitter spanning-stroom relatie van de transistor verschuiven, potentiëel leidend tot thermische wegloping. Negatieve terugkoppeling verlaagt automatisch de biasstroom naarmate de transistor opwarmt, wat een stabiel werkpunt handhaaft. Dit principe verklaart ook waarom common-collector (emitter-volger) versterkers, die van nature emitter-naar-grond terugkoppeling bevatten, immuun zijn voor wegloping en een bijna eenheid spanningsversterking vertonen onafhankelijk van transistor β.

Versterking Beheren Terwijl Stabiliteit Behouden Blijft

Om hoge AC-versterking te combineren met stabiel DC-gedrag, gebruiken ontwerpers vaak:

• Ontkoppelcondensators over emitter terugkoppelweerstanden.
• Multi-trap versterkers waarbij de algehele versterking hoog is maar getemd wordt door terugkoppeling, wat een voorspelbare verhouding oplevert bepaald door twee weerstanden.

Deze technieken liggen ten grondslag aan de werking van moderne operationele versterkers (op-amps), die nauwkeurige, temperatuur-ongevoelige versterking leveren met minimale vervorming.

Belangrijkste Punten

• Terugkoppeling koppelt de uitgang terug aan de invoer.
• Positieve terugkoppeling bevordert oscillatie; negatieve terugkoppeling bevordert stabiliteit.
• Negatieve terugkoppeling vermindert vervorming, verbreedt bandbreedte, en beperkt versterking.
• Collector-naar-basis of emitter-naar-grond verbindingen zijn veelvoorkomende manieren om negatieve terugkoppeling te implementeren.
• Ontkoppelcondensators staan DC-terugkoppeling toe terwijl AC-versterking behouden blijft.
• Negatieve terugkoppeling maakt versterkingsversterking grotendeels bepaald door weerstandswaarden in plaats van transistor kenmerken.
• Common-collector trappen gebruiken inherente terugkoppeling voor stabiliteit en thermische bescherming.

Verder Lezen

• Klasse A BJT Versterkers Werkblad