Zpětná vazba

Zpětnou vazbou nazýváme zapojení, v němž je část výstupního napětí vedena buď přímo, nebo přes určitý čtyřpól zpět na vstup a zde se algebraicky (s ohledem na znaménko) přičítá ke vstupnímu signálu.

Obr. 1: Blokové zapojení zesilovače se zpětnou vazbou

Popis činnosti:

• Základní zesilovací větev má napěťové zesílení: A_u = U₂ / U₁.

• Zpětnovazební větev má přenos: β = U_ZV / U₂ (β je činitel zpětnovazebního přenosu) a určuje, jaká část výstupního signálu se vrátí zpět na vstup.

• Napětí U_ZV = βU₂ = βA_uU₁ je přiváděno na vstup tak, že se sečítá s budícím signálem U₀.  Vstupní napětí zesilovače je pak dáno součtem U₁ = U₀ + U_ZV = U₀ +  βU₂ =>U₀ = U₁ - βU₂.

• Pro zesílení zesilovače se zpětnou vazbou platí:

• Je vidět, že rozhodující vliv na zesílení zpětnovazebního zapojení má součin βA_u. Tento součin se nazývá vratný podíl zpětné vazby. Rozdíl vratného podílu od jedničky se nazývá vratný rozdíl nebo stupeň zpětné vazby N a udává poměr zesílení zesilovače bez zpětné vazby k zesilovači se zpětnou vazbou: N = 1 - βA_u = A_u/A_u'. Z toho také plyne, že zesílení zesilovače se zpětnou vazbou je dáno:        
                                            

• U zesilovačů musí být z hlediska stability vždy: N > 1, tzn. βA_u < 0. U oscilátorů je to naopak. Je-li tedy βA_u < 0, mluvíme o záporné zpětné vazbě. Pro βA_u >0 mluvíme o kladné zpětné vazbě.

• Po zavedení záporné zpětné vazby, která zmenší zesílení zesilovače, se: dolní mezní kmitočet zmenší a horní mezní kmitočet vzroste. Při kladné zpětné vazbě je vliv opačný.

• Záporná zpětná vazba způsobí: linearizaci převodních charakteristik, což způsobí i pokles amplitud vyšších harmonických, a tím i zmenšení činitele harmonického zkreslení.

Druhy zpětných vazeb

Záporná zpětná vazba

(kladné znaménko ve jmenovateli zlomku, A_u’ < A_u) zlepšuje vlastnosti zesilovače

• zmenšuje zesílení,
• ​zmenšuje zkreslení tvarového časového průběhu signálu,
• zmenšuje citlivost zesilovače na změnu vlastnosti, daném např stárnutím součástek,
• zvětšuje šířku přenášeného pásma, zlepšuje stabilitu zesilovače.

Kladná zpětná vazba

(záporné znaménko ve jmenovateli zlomku, A_u’ > A_u) zhoršuje vlastnosti zesilovače

• zvětšuje zesílení,
• způsobuje rozkmitání zesilovače,
• v případě βA_u = 1 … zesilovač se stává sám zdrojem kmitů neboli oscilátorem.

Napěťová (proudová) zpětná vazba

• odvozujeme zpětnovazební signál od výstupního napětí (nebo proudu).

Sériová (paralelní) zpětná vazba

• jmenuje se dle toho, jakým způsobem přivádíme zpětnovazební signál na vstup zesilovače.

Místní zpětná vazba

• u několikastupňového zesilovače, kdy je ZV pouze v jednom stupni.

Celková zpětná vazba

• ZV vedena z výstupu posledního stupně na vstup prvního stupně.
   

Frekvenčně závislá/nezávislá zpětná vazba

• podle členů, z jakých je vazební obvod složen.

Konkrétní zapojení se zpětnou vazbou

Proudová sériová zpětná vazba

Obr. 2: Proudová sériová zpětná vazba

• Jedná se o zápornou zpětnou vazbu proto, že při zvyšování vstupního napětí se otevírá tranzistor T a tím roste proud kolektorem, což způsobí zvýšení tzv. zpětnovazebního napětí, které je zde vytvořeno napětím na odporu R_E.

• O proudové zpětné vazbě hovoříme proto, že změna zpětnovazebního napětí je způsobena změnou proudu (je mu úměrné).

• O sériové vazbě hovoříme proto, že obě dvě působící napětí jsou v sérii (zpětnovazební a vstupní).

• Tato vazba má stupeň vazby 2 až 10, zvětšuje vstupní i výstupní odpor, neovlivňuje proudové zesílení, napěťové zesílení klesá, rozšiřuje kmitočtové pásmo.

• Využití, potřebujeme-li mít velký vstupní odpor – např. u předzesilovačů.

Napěťová paralelní zpětná vazba

Obr. 3: Napěťová paralelní zpětná vazba

• Zpětná vazba vzniká zapojením odporu R_b z výstupu na vstup, tímto odporem se přivádí proud na vstup. Tento proud je úměrný výstupnímu napětí => napěťová.

• Vstupní a zpětnovazební napětí jsou spojeny paralelně => paralelní.

• Proudové zesílení klesá, napěťové zesílení je konstantní, vstupní a výstupní odpor klesá.

• Používá se pro dosažení malého výstupního odporu – koncové zesilovače.

• Zpětnovazební odpor zvyšuje stabilitu klidového pracovního bodu.

Napěťová sériová zpětná vazba

Obr. 4: Napěťová sériová zpětná vazba

• Dochází ke zvětšení vstupního a zmenšení výstupního odporu, proudový přenos se nemění, napěťový přenos je menší.

• Z napěťového děliče R₁, R₂ je přivedena ke vstupnímu obvodu část výstupního napětí.

Proudová paralelní zpětná vazba

Obr. 5: Proudová paralelní zpětná vazba

• Je výhodná, požadujeme-li velkou stabilitu napěťového přenosu při velkém odporu zátěže a napěťovém buzení.

• Dochází zde ke zmenšení vstupního a zvětšení výstupního odporu, stabilizuje proudový přenos, napěťový přenos je konstantní.

• Je vhodná pro dosažení velké stability proudového zesílení při malém R_Z.

Důvody zavádění zpětné vazby:

• Dosažení nezávislosti vlastností zesilovače na rozptylu parametrů tranzistoru (záporná).

• Zmenšení zkreslení výstupního signálu zesilovače (záporná).

• Urychlení změny výstupních veličin => zvětšení zesílení (kladná).

Zdroje

•  BRINDL, Pavel. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_10_ Zpětné vazby zesilovačů. Přerov, 2013.
• MORAVEC, Stanislav. Zpětná vazba u zesilovačů. [online]. VOŠ a SPŠE Plzeň [cit. 2015-01-20]. Dostupné z: http://moryst.sweb.cz/elt2/stranky1/elt023.htm

Obrázky

• Obr. 1: BRINDL, Pavel. Blokové zapojení zesilovače se zpětnou vazbou. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_10_ Zpětné vazby zesilovačů. Přerov, 2013.
• Obr. 2: BRINDL, Pavel. Proudová sériová zpětná vazba. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_10_ Zpětné vazby zesilovačů. Přerov, 2013.
• Obr. 3: BRINDL, Pavel. Napěťová paralelní zpětná vazba. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_10_ Zpětné vazby zesilovačů. Přerov, 2013.
• Obr. 4: BRINDL, Pavel. Napěťová sériová zpětná vazba. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_10_ Zpětné vazby zesilovačů. Přerov, 2013.
• Obr. 5: BRINDL, Pavel. Proudová paralelní zpětná vazba. VY_32_inovace_03_ELE_3_ Elektronické obvody_10_ Zpětné vazby zesilovačů. Přerov, 2013.