Отрицательная обратная связь это

Обратной связью называют влияние выходной величины на входную, которая в свою очередь существен­ным образом влияет на выходную величину (определяет эту выходную величину). В усилителях, как правило, ис­пользуется так называемая отрицательная обратная связь (ООС. При нали­чии отрицательной обратной связи выходной сигнал та­ким образом влияет на входной, что входной сигнал уменьшается и это приводит к уменьшению выходного сигнала.

Когда в 1928 г. была предпринята попытка запатенто­вать отрицательную обратную связь, то эксперты не уви­дели ее полезности и дали отрицательный ответ. И дей­ствительно, на первый взгляд, отрицательная обратная связь только уменьшает коэффициент усиления усилите­ля. Однако, как это часто бывает в технике вообще и в электронике в частности, один недостаток того или ино­го решения может значительно перевешиваться его дос­тоинствами. Отрицательная обратная связь, хотя и уменьшает коэффициент усиления, но исключительно благо­творно влияет на многие параметры и характеристики уси­лителя. В частности, уменьшаются искажения сигнала, в значительно большем диапазоне частот коэффициент уси­ления оказывается не зависящим от частоты и т. д.

Различают следующих 4 вида обратных связей в усилителе (рис. 1):

последовательная по напряжению (а);

параллельная по напряжению (б);

последовательная по току (в);

параллельная по току (г).

На рис. 1 обозначено: К — коэффициент прямой пе­редачи, или коэффициент усиления усилителя без обратной связи; β— коэффициент передачи цепи обратной связи.

Для определения вида обратной связи (ОС) нужно «за­коротить» нагрузку. Если при этом сигнал обратной свя­зи обращается в нуль, то это ОС по напряжению, если сигнал ОС не обращается в нуль — то это ОС по току. При обратной связи по напряжению сигнал обратной связи, поступающий с выхода усилителя на вход, пропорциона­лен выходному напряжению. При обратной связи по току сигнал обратной связи пропорционален выходному току. При последовательной обратной связи (со сложением на­пряжений) в качестве сигнала обратной связи использу­ется напряжение, которое вычитается (для отрицательной обратной связи) из напряжения внешнего входного сиг­нала. При параллельной обратной связи (со сложением токов) в качестве сигнала обратной связи используется ток, который вычитается из тока внешнего входного сиг­нала.

Параметры и характеристики усилителя, охваченного отрицательной обратной связью

Рассмотрим влияние ООС на примере усилителя, ох­ваченного последовательной обратной связью по напря­жению (рис. 2).

В структурную схему входит цепь прямой передачи и цепь обратной связи (цепь обратной передачи). Предпо­лагается, что указанные цепи линейные. На усилитель с обратной связью подается внешний синусоидальный вход­ной сигнал ивх1, а на цепь прямой передачи — сигнал ивх2. Цепь прямой передачи характеризуется комплексным коэффициентом усиления по напряжению Ки (коэффициентом прямой передачи):

Отицательная и положительная обратные связи в электронике

где — комплексное действующее значение напряжения обратной связи Uос.

Коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью. Этот коэффициент Кипс определяется по формуле

где , — комплексное действующее значение напряжения

Легко заметить, что

Величину называют глубиной обратной связи (коэффициентом грубости схемы), а величину называют петлевым усилением. Если глубина обратной связи достаточно велика,

Отсюда можно сделать следующий очень важный вы­вод: если глубина отрицательной обратной связи достаточ­но велика, то коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью Киос, зависит только от свойств цепи обратной связи и не зависит от свойств цепи прямой передачи.

В цепи прямой передачи используются активные при­боры (транзисторы, операционные усилители и т. д.), ко­торые обычно не отличаются высокой стабильностью параметров. Из-за этого и коэффициент является нестабильным. Но если используется глубокая отрица­тельная обратная связь и в цепи обратной связи применя­ются высокостабильные пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и т. д.), то общий коэффициент усиления Киос оказывается стабильным.

Даже если глубина обратной связи не настолько вели­ка, что можно пренебрегать единицей в выражении , отрицательная обратная связь, как можно показать, уменьшает нестабильность коэффициента Киос.

Важно уяснить, что сделанный вывод справедлив неза­висимо от того, какие дестабилизирующие факторы влияют на изменение величины Ки (температура, уровень ра­диации и т. д.).

Частотные характеристики усилителя, охваченного об­ратной связью. Если рассуждать формально, то при на­личии частотных характеристик для Ки и β частотные характеристики для Киос оказываются однозначно определенными выражением

И тем не менее очень поучительно более детально рас­смотреть вопрос влияния отрицательной обратной связи на частотные свойства усилителя. Пусть коэффициенты Ки и В являются вещественными. Тогда и коэффициент вещественный. Будем для этого случая использовать обозначения Ки, β и Киос Пусть в некотором частот­ном диапазоне коэффициент Ки изменяется в пределах от 10000 до 1000 (на 90 % по отношению к значению 10000), а коэффициент р является постоянным, р = 0,1. Тогда в соответствии с формулой для Ки ос окажется, что Ки ос бу­дет изменяться в пределах от 9,99 до 9,9 (примерно на 1%). Таким образом, изменение коэффициента усиления пос­ле введения отрицательной обратной связи станет значи­тельно меньшим.

Важно уяснить, что если все же необходимо повысить коэффициент усиления до 10000, то и в этом случае ис­пользование отрицательной обратной связи значительно улучшит стабильность.

Пусть для получения большого коэффициента усиле­ния использованы 4 включенных последовательно опи­санных усилителя, охваченных отрицательной обратной связью. Тогда в рассматриваемом диапазоне частот общий коэффициент усиления будет изменяться в пределах от 9960 (9,99. • 9,99 * 9,99 • 9,99) до 9606 (9,9 • 9,9 • 9,9 • 9,9).

Изменение составит 3,6 % ( ·100%). Это, очевидно, значительно меньше 90 %.

В том диапазоне частот, в котором выполняется условие 1Р’/^М |»1> коэффициентКиос можно определить из выражения

В первом приближении можно считать, что единицей можно пренебречь при условии, что

Отсюда получаем

Входное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью. Обратимся к структурной схеме усилителя с после­довательной отрицательной обратной связью (рис. 2).

Обозначим через Zex входное комплексное сопротивле­ние цепи прямой передачи:

где — комплексное действующее значение тока Iвх.

Найдем входное комплексное сопротивление Zexocуси­лителя, охваченного обратной связью:

Пусть коэффициенты Ки и р являются вещественными (Ки = Ки и β = β), тогда

Отсюда следует, что последовательная отрицательная обратная связь увеличивает входное сопротивление по модулю. Практически всегда это является положительным фактором.

Выходное сопротивление усилителя, охваченного обрат­ной связью. Обозначим через Zвых и Zвых ос соответственно выходное комплексное сопротивление цепи прямой передачи и выходное комплексное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью. По определению

где приращения комплексных действующих значений соответственно напряжения ивых и тока Iвых.

При этом предполагается, что обратная связь отключе­на (например, выход цепи обратной связи закорочен).

Также предполагается, что UexX = const, а изменение величин вызвано изменением сопротивления нагрузки.

но при этом предполагается, что обратная связь действует и что .

В этом случае причиной возникновения приращения является не только падение напряжения на выходном сопротивлении Zвых, но и появление приращения комплексного действующего значения напряжения Следовательно,

Знаки «минус» использованы потому, что и увеличение тока 1вых, и увеличение напряжения иос вызывают умень­шение напряжения ивых. Отсюда с учетом, что

Пусть коэффициенты Ku и β являются вещественными. Тогда, очевидно, отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление усили­теля. Очень часто это является положительным фактором.

Отрицательная обратная связь в усилителе

Обратная связь (ОС) называется отрицательной (ООС, NFB), если выходной сигнал усилителя вычитается из входного. Для простоты будем рассматривать установившийся режим работы всей системы, причем усилитель работает в активном режиме (т.е. нормально усиливает сигнал без всяких там перегрузок).

Структурная схема усилителя, охваченного ООС, показана на рис.1.

Здесь некоторый «виртуальный» усилитель с коэффициентом усиления по напряжению Ku’ получается из исходного «реального» усилителя, имеющего коэффициент усиления Ku, и охваченного цепью ООС. На самом деле термин «виртуальный» не совсем корректен, но я буду пользоваться им, потому что с точки зрения внешних устройств, подключенных к системе в целом, она представляет собой усилитель с параметрами, отличающимися от параметров реального исходного усилителя без ООС.

С выхода реального усилителя напряжение передается на его вход через цепь ООС с коэффициентом передачи β:

Отрицательная обратная связь в усилителе

Обычно цепь ООС является пассивной, и β ≤ 1. Если цепь ООС усиливает, то это принципиально ничего не меняет, и все формулы в этом случае выводятся аналогично. Если β = 0, то это означает, что Uоос = 0 и обратная связь отсутствует. Обратите внимание, что совершенно безразлично, какую именно схему имеет цепь ООС. Главное – это насколько (во сколько раз) она ослабляет напряжение.

В данной системе присутствует два разных входных напряжения, и чтобы не путаться, я им дам различные наименования:

1. Напряжение, подаваемое на вход «виртуального» усилителя от источника сигнала. Его будем обозначать Uсигн.

2. Напряжение, приходящее на вход реального усилителя – Uвх.

Итак, выходное напряжение усилителя Uвых превращается цепью ООС в напряжение обратной связи Uоос и вычитается из входного напряжения. Результат – входное напряжение реального усилителя:

Отрицательная обратная связь в усилителе

Важный момент: Uоос всегда меньше Uсигн, поэтому Uвх всегда больше нуля.

Реальный усилитель усиливает свой входной сигнал в Ku раз:

Отрицательная обратная связь в усилителе

Преобразуем формулу (3):

Отрицательная обратная связь в усилителе

Отрицательная обратная связь в усилителе

Отрицательная обратная связь в усилителе

Отрицательная обратная связь в усилителе

Но Uвых/Uсигн – это коэффициент усиления Ku’ «виртуального» усилителя, как он проявляется для внешнего мира, поэтому:

Отрицательная обратная связь в усилителе

Таким образом, мы получили формулу для вычисления коэффициента усиления для усилителя, охваченного ООС.

Отрицательная обратная связь в усилителе

Рассматривая физику процессов, следует помнить, что выходное напряжение усилителя появляется не само по себе, а является следствием его усиления и образуется из его входного напряжения: Uвых = Ku∙Uвх.

Итак, при охвате усилителя ООС, его коэффициент усиления уменьшается в (1+β∙Ku) раз. Но введение ООС изменяет и другие параметры усилителя.

1. Отрицательная обратная связь изменяет в (1+β∙Ku) раз входное и выходное сопротивления усилителя. При этом они могут как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от способа соединения цепи ООС со входом и выходом усилителя – последовательно или параллельно. Способы подключения цепи ООС ко входу усилителя показаны на рис. 2, а к выходу усилителя – на рис. 3.

Эти формулы несложно вывести, но мы это делать не будем, а будем пользоваться готовыми. И объяснить их с точки зрения схемотехники также несложно. Например, на рис. 2а, напряжение на входе усилителя после замыкания цепи ООС возросло в (1+β∙Ku) раз: Uсигн = Uвх∙(1+β∙Ku), а входной ток остался прежним. Значит, по закону Ома (R=U/I) и сопротивление возросло в (1+β∙Ku) раз.

При последовательной по выходу ООС через ее цепь проходит выходной ток усилителя (ток нагрузки), поэтому ее часто называют обратной связью по току. Несколько примеров разных включений цепи ООС показано на рис. 4 и рис. 5. Цепь ООС является четырехполюсником, который обычно замыкается через «землю» цепи, явным образом это показано на рис. 4б.

2. Отрицательная обратная связь расширяет частотный диапазон усилителя. Нижняя fн и верхняя fв граничные частоты увеличиваются примерно в (1+β∙Ku), если усилитель имеет спад АЧХ 6 дБ/октаву. На самом деле, при охвате усилителя ООС могут происходить самые разные процессы, вплоть до превращения усилителя в генератор, но если все работает, то частотный диапазон обязательно расширяется. Это иллюстрируют АЧХ исходного усилителя (синяя) и усилителя, охваченного ООС (красная) на рис. 6. Там же показаны границы частотного диапазона без ООС и с ней. Напоминаю, что граничной частотой считается такая частота, где коэффициент усиления уменьшается в корень из двух (примерно 1,41) раз.

Отрицательная обратная связь в усилителе

3. Введение ООС уменьшает нелинейные искажения усилителя (коэффициент гармоник) примерно в (1+β∙Ku) раз. Это происходит оттого, что ООС линеаризует систему и уменьшает ее ошибки. Изменяется и амплитудная характеристика усилителя (рис.7), на ней плавный переход к области насыщения превращается в довольно острый излом – ООС линеаризует этот участок и «пытается» вытянуть пропорциональное усиление даже там, где оно уже начинает уменьшаться.

На самом деле (1+β∙Ku) – это очень приблизительная оценка, поскольку для анализа нелинейных цепей используется уже совсем другая математика и там все очень сильно зависит от нелинейности усилителя. Но, тем не менее, искажения усилителя снижаются тем сильнее, чем глубже ООС, и в «простых» случаях формула (1+β∙Ku) работает достаточно хорошо.

Итак, мы видим, что охват усилителя отрицательной обратной связью изменяет ряд его основных параметров в (1+β∙Ku) раз. Проанализируем это выражение сначала чисто математически, не вникая пока в его физический смысл. Очевидно, что тут возможны три варианта:

б) β∙Ku ≈ 1. В этом случае можно считать, что глубина ООС становится достаточно большой, чтобы начать оказывать влияние на параметры усилителя.

г) β∙Ku >> 1. Тут обратная связь очень глубока. Интересно, что для очень глубокой ООС формула (4) превращается вот во что:

Отрицательная обратная связь в усилителе

То есть, свойства усилителя (коэффициент усиления и АЧХ) определяются исключительно параметрами цепи ООС. При значении β∙Ku = 100, погрешность применения вместо формулы (4) упрощенной формулы (5) составляет 1%, такой погрешностью в большинстве случаев можно пренебречь. А в реальных схемах на операционных усилителях величина β∙Ku может достигать десятков тысяч, делая погрешность «упрощения формулы» практически незначимой.

Обратите внимание, что в формуле присутствует величина β∙Ku, как произведение. При этом одинаковое значение этого произведения можно получить как при большой величине Ku и маленьком β, так и при большом β и небольшом Ku, так что в данном смысле эти два параметра равнозначны. Термин «глубина обратной связи» часто ассоциируется с термином «коэффициент передачи цепи ООС», который обозначает величину β, а хорошо было бы ввести некоторое понятие, отражающее именно величину β∙Ku, как более важную для применения. Так сейчас и поступим, только не забывайте, что у нас β ≤ 1, так что понятие большое или маленькое β означает, например, такие значения: β = 0,1 или β = 0,0001.

Теперь давайте оценим степень влияния отрицательной обратной связи, исходя из физического смысла и электроники. Обратимся к рис. 1. Внутри усилителя присутствует два напряжения: Uвх и Uоос. Очевидно, что степень влияния ООС на усилитель зависит от соотношения этих напряжений. Если Uоос > Uвх, то главную роль во входном сигнале «реального» усилителя играет именно ООС (т.к. Uсигн = Uоос + Uвх и значит входной сигнал «виртуального» усилителя практически равен Uоос). С другой стороны, Uоос получается из напряжения Uвх, после усиления его усилителем и ослабления цепью ООС. Как оно получается? Мысленно разомкнем петлю обратной связи в точке А (разрывать цепь электрически можно не всегда – иногда от этого изменяется величина β), рис. 8.

Со стороны точки приложения сигнала ООС (это точка А), входной сигнал проходит два элемента – усилитель и цепь ООС. Общий коэффициент передачи последовательно соединенных устройств равен произведению их коэффициентов передачи: Ku∙β. Эта величина является коэффициентом усиления сигнала в петле обратной связи и называется петлевым усилением:

Отрицательная обратная связь в усилителе

С другой стороны:

Отрицательная обратная связь в усилителе

Это то самое взаимоотношение между напряжением ООС и входным напряжением «реального» усилителя, которое показывает степень влияния обратной связи. Кроме того, оно полностью соответствует выражению, которое мы вывели, математически анализируя формулу коэффициента усиления усилителя с замкнутой ООС. Так что глубину обратной связи характеризует именно петлевое усиление, и именно его имеют ввиду, когда говорят о глубине ООС. Хотя иногда под глубиной ООС подразумевают коэффициент передачи цепи обратной связи β – в случаях, когда Ku велико, и величину A = β∙Ku определяет в основном β.

Таким образом, именно петлевое усиление определяет свойства усилителя, которые он проявляет для внешнего мира. Именно на эту величину изменяются коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления, граничные частоты и коэффициент гармоник.

В некоторых случаях вычисление петлевого усиления по формуле (6) может быть затруднено, тогда можно найти его из изменения коэффициента усиления усилителя при охвате его ООС:

Отрицательная обратная связь в усилителе

Последнее выражение достаточно точно, при А≥100. Проще всего определять таким способом петлевое усиление по логарифмической АЧХ усилителя (диаграмме Боде). На рис. 9 петлевое усиление А = 100 – 60 = 40 дБ, т.е. 100 раз. На самом деле А = 100 – 1 = 99 раз (39,9 дБ), но этим зачастую можно пренебречь, поэтому обычно в таких случаях говорят, что петлевое усиление равно ровно 40 дБ.

расширение диапазона частот

Пока что я ничего не говорил о свойствах и схеме самой цепи ООС. На самом деле, значение ее коэффициента передачи не обязательно являются константой. Эта цепь может быть частотнозависимой, тогда величина β меняется с частотой. Такое свойственно современным усилителям сигналов, когда для постоянного тока стремятся получить стопроцентную обратную связь (β=1), дающую максимальную стабильность режима работы усилителя, а для переменного тока глубину ООС выбирают такой, чтобы Ku’ для него (усиливаемого сигнала) был равен 10…1000 (β≈0,1…0,001). На самом деле при снижении частоты f ниже определенного значения, β начинает расти, доходя до единицы при f = 0, т.е. на постоянном токе. Но это все происходит ниже рабочего диапазона частот усилителя, поэтому в таких случаях глубину ООС принято оценивать двумя значениями: для постоянного тока, и для переменного тока (в рабочем диапазоне частот).

Если вернуться к формуле (5) для коэффициента усиления с замкнутой цепью ООС, то видно, что при достаточно большом значении петлевого усиления, свойства усилителя – это обратная величина от свойств цепи обратной связи. Такая ситуация лучше всего получается, если усилитель имеет очень большой коэффициент усиления без ООС – десятки-сотни тысяч и миллионы. Для работы в таких условиях созданы специальные микросхемы, называемые операционными усилителями (ОУ).

Понятие операционного усилителя появилось во второй половине ХХ века, когда получили широкое распространение аналоговые электронно-вычислительные машины (АВМ). Принцип их применения был основан на том, что подбиралась соответствующая электрическая цепь, описываемая теми же уравнениями, что и исследуемый неэлектрический процесс. Измеряя напряжения и токи в цепи, получали значения параметров исследуемого процесса. Для АВМ требовались блоки (функциональные узлы), выполняющие определенные математические операции: масштабирование (усиление), сложение, вычитание, интегрирование, дифференцирование и др. Довольно быстро пришли к выводу, что вместо того, чтобы разрабатывать каждый такой блок по-отдельности, проще получить их все из одинаковых усилителей, охваченных цепью ООС – так и появились ОУ. В настоящее время возможности цифровых вычислительных машин настолько велики, что моделирование (и управление) проще и точнее выполнять на них, и АВМ практически исчезли, а операционные усилители остались – они оказались очень удобными для применения, ведь из них можно получить практически любое устройство, всего лишь охватив их соответствующей ООС.

Так что получить, например, усилитель с нужной АЧХ достаточно просто, достаточно охватить его ООС, имеющей АЧХ «зеркальной» к требуемой (рис. 10).

Отрицательная обратная связь в усилителе

Схемы, реализующие данные АЧХ показаны на рис. 11.

Однако, конструируя схемы на операционных усилителях, следует помнить, что их огромный коэффициент усиления сохраняется только на очень низких частотах, а потом начинает падать со скоростью 20 дБ/декада. У большинства ОУ широкого применения спад АЧХ начинается с частоты порядка 10 Гц. Поэтому на частотах в десятки килогерц Ku может быть довольно мал, и при попытке получить на такой частоте большое усиление, глубина обратной связи (петлевое усиление) может оказаться слишком маленьким. При этом возрастет погрешность выполняемой функции, и повышаются нелинейные искажения. На рис. 12 показаны АЧХ усилителя (см. рис. 10 и рис. 11) без ООС и с ООС. На частотах 20 Гц, 1 кГц и 20 кГц глубина ООС (петлевое усиление) составляет 39 дБ, 24 дБ и 11 дБ соответственно. Вполне можно считать, что на частоте 20 кГц обратная связь имеет очень низкую глубину и практически не улучшает параметров усилителя.

Отрицательная обратная связь в усилителе

В заключение хотелось бы отметить, что это только элементарная теория обратной связи. Здесь, например, не учтен тот факт, что на переменном токе и коэффициент усиления «реального» усилителя, и коэффициент передачи цепи обратной связи обычно величины комплексные (петлевое усиление также является комплекным). Поэтому формула (4) верна только для модулей, а «на все случаи жизни» ее надо записывать так:

Отрицательная обратная связь в усилителе

При этом цепь ООС может изменять не только амплитуду сигнала, но и его фазу. Причем, если сдвиг фаз в петле ООС станет равным 180 градусам, то сигнал обратной связи будет не вычитаться из сигнала источника, а прибавляться к нему, и обратная связь из отрицательной превратится в положительную. Но это уже совсем другая история…

Главная цель этого материала – дать понимание основ обратной связи для дальнейшего углубленного ее изучения, тем более что физика и математика процессов показана совершенно правильно.

Готовлю продолжение о секретах применения отрицательной обратной связи.

Отрицательная обратная связь – определение и примеры

Отрицательная обратная связь – это тип регулирования в биологических системах, в котором конечный продукт процесса, в свою очередь, уменьшает стимул этого же процесса. Обратная связь, как правило, является регуляторным механизмом, присутствующим во многих биологических реакциях. Позволяя определенным путям быть выключенными и включенными, организм может контролировать различные аспекты своей внутренней среды. Это похоже на переключение переключателя. Обратная связь позволяет продукту пути управлять коммутатором. Иногда называемый «петлей отрицательной обратной связи», отрицательная обратная связь возникает, когда продукт пути отключает биохимический путь. Положительный отзыв, противоположность отрицательной обратной связи, обнаруживается в других биологических путях, в которых продукт увеличивает путь. Ниже приведены примеры отрицательных отзывов.

Регулирование уровня сахара в крови

Каждый раз, когда вы едите, механизм отрицательной обратной связи контролирует уровень сахара в вашем кровь, Основной сахар в вашей крови – это глюкоза. После того как вы что-то съели, ваше тело поглощает глюкозу из крови и откладывает ее в кровь. Это увеличивает концентрацию глюкозы и стимулирует выработку поджелудочной железой химического вещества, называемого инсулином. Инсулин является клеточной сигнализацией молекула который говорит мускул а также печень клетки поглощать глюкозу. Клетки печени хранят избыток глюкозы в виде гликоген цепочка глюкоз, используемых в качестве продукта хранения. Мышечные клетки могут хранить глюкозу или использовать ее для выработки АТФ и сокращения. Когда этот процесс происходит, концентрации глюкозы в крови истощаются. Глюкоза была основным сигналом для поджелудочной железы для производства инсулина. Без этого поджелудочная железа перестает вырабатывать инсулин, а клетки перестают поглощать глюкозу. Таким образом, уровни глюкозы поддерживаются в определенном диапазоне, и остальная часть тела имеет постоянный доступ к глюкозе. Механизм отрицательной обратной связи в этой системе особенно проявляется в том, как высокие уровни глюкозы приводят к включению пути, что приводит к продукту, предназначенному для снижения уровня глюкозы. Когда уровень глюкозы становится слишком низким, путь прекращается.

Регулирование температуры

Все эндотермы регулируют их температуру. Эндотермы – это животные, которые регулируют свое тело при температуре, отличной от окружающей. Вы можете думать о млекопитающих и птицах как о наиболее распространенных эндотермах. Большинство путей, ответственных за регулирование температуры, контролируются отрицательной обратной связью. По мере повышения температуры ферменты и пути в организме «включаются» и контролируют различные виды поведения, такие как потоотделение, одышка и поиск тени. Когда животное делает это, температура его тела начинает снижаться. Активность этих путей, которая обусловлена ​​высокой температурой, также начинает уменьшаться. В конце концов достигается температура, при которой путь перекрывается. Другие пути присутствуют при слишком низких температурах, а также отключаются, когда организм достигает оптимальной температуры. Эти пути могут дрожать, искать убежище или сжигать жир. Все эти действия снова нагревают тело и блокируются конечным продуктом их реакций – нагреванием.

Заполнение унитаза

Многие студенты склонны бороться с абстрактными биологическими примерами негативных отзывов. Не бойся! Простой и обычный предмет домашнего обихода использует отрицательный отзыв каждый день. В баке на задней панели вашего туалета находится шар или поплавок, который лежит на уровне воды. Когда вы опорожняете бак, уровень воды падает. Давление от поплавка, который удерживал клапан, сбрасывается, и в бак поступает новая вода. Клапан, управляемый поплавком, подобен ферменту, который контролирует уровень продукта, который он создает. По мере того, как больше воды (продукта) заполняет резервуар, поплавок медленно уменьшает количество воды, пропускаемой через клапан. Клапан аналогичен ферменту, который регулируется обратной связью от продукта, который он помогает создать или впустить в клетка.

викторина

1. Что из следующего представляет отрицательный отзыв?A. Тромбоциты крови выделяют химические вещества, которые привлекают больше тромбоцитов крови, а затем заполняют рануB. Одна птица, спасающаяся от хищника, подстегивает трех птиц, что, в свою очередь, пугает всю стаюC. При производстве аминокислоты фермент, используемый клеткой, ингибируется после того, как аминокислота достигает определенной концентрации.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Первые две системы представляют положительные отзывы. По мере того, как несколько человек начинают реагировать, гораздо больше поощряют реагировать. Эти системы приводят к реакциям, которые идут к завершению в одном направлении. Например, вся стая улетит или вся рана будет закрыта. В третьем случае продукт регулирует путь. Это означает, что элемент не будет расходовать слишком много энергии и будет производить именно то количество продукта, которое ему необходимо.

2. Пчелы интересным образом контролируют температуру своего улья. Когда температура становится слишком высокой, определенные пчелы посылают сигнал остальной части колонии, чтобы начать определенное поведение. Пчелы испаряют воду изо рта и размахивают крыльями, чтобы значительно снизить температуру. По мере охлаждения колония возобновляет свою нормальную деятельность. Какой из следующих терминов описывает этот сценарий?A. Положительный отзывB. Негативный отзывC. Ингибирование ферментов

Ответ на вопрос № 2

В верно. Это пример отрицательной обратной связи. Стимул вызывает у пчел реакцию, которая снижает стимул. В свою очередь, путь в конечном итоге перекрыт. Помните, что механизмы обратной связи могут быть частью систем всех размеров, от химических путей до деятельности целых групп организмов.

3. Вы забираетесь в горячую плиту, чтобы захватить свой обед. Ваш палец соскальзывает с горячей площадки и касается горячего горячего блюда в духовке. Сигнал отправляется на ваш головной мозг, который говорит вашей руке сжиматься. Когда ваш палец перестает гореть, ваша рука может расслабиться. Что представляет собой этот сценарий?A. Негативный отзывB. Положительный отзывC. Бой или Полет ответ

Ответ на вопрос № 3

верно. Снова, стимул, который вызвал реакцию, удален через процесс. Это отрицательный отзыв. Ответ может быть связан с боем или бегством, но помните, что даже эти процессы должны контролироваться той или иной формой обратной связи, иначе они будут продолжаться вечно. Механизм отрицательной обратной связи позволяет системе переустанавливаться после стимула, что на клеточном уровне позволяет подготовиться к реакции на другой стимул.

Влияние ОС на входное сопротивление усилителя

Входным сопротивлением усилителя называют сопротивление переменному току между зажимами, на которые поступает напряжение внешнего источника сигнала. В многокаскадных усилителях входное сопротивление обычно подключается параллельно сопротивлению нагрузки предыдущего каскада, тем самым уменьшая его, а как следствие, снижая усиление предыдущего каскада.

При отсутствии обратной связи характеристики усилительного каскада зависит только от свойств усилительного элемента. Входное сопротивление, которого можно представить в виде параллельно соединённого резистора и конденсатора. С увеличением частоты входного сигнала реактивное сопротивление конденсатора уменьшается, тем самым шунтируя резистор и уменьшая входное сопротивление усилительного элемента и каскада в целом.

В случае применения обратной связи, входное сопротивление усилителя будет зависеть от типа применённой ОС (последовательная или параллельная). Обозначим входное сопротивление усилителя с ОС RBX.OC, входное сопротивление усилителя без обратной связи RBX, сопротивление цепи обратной связи ROC тогда

2016013112

Тогда для последовательной обратной связи выведем входное сопротивление. Так как при действии ОС напряжение внешнего сигнала не изменяется

2016013115

где знак при напряжении UOC зависит от связи: «+» соответствует ПОС, а «–» соответствует ООС.

Разделив все члены выражения на входной ток IBX, получим

2016013116

Таким образом, в случае введения последовательной ПОС в усилитель входное сопротивление будет иметь следующее значение

2016013117

Данное выражение показывает, что с введением ПОС происходит уменьшение входного сопротивление усилительного каскада и при достаточно сильной ПОС входное сопротивление может становиться равным нулю или даже отрицательным. В последнем случае можно говорить о так называемом «отрицательном» сопротивлении, что соответствует отдаче энергии, а в общем случае генерировании колебаний.

Когда в усилитель вводится последовательная ООС, то входное сопротивление будет иметь следующий вид

2016013118

Данное выражение говорит о том, что входное сопротивление усилителя увеличивается, что положительно влияет на усилитель в целом.

В случае введения параллельной ОС имеет смысл говорить о входных токах. Так под действием обратной связи ток внешнего источника сигнала не изменяется

2016013119

В данном случае имеет смысл говорить о проводимостях, тогда проводимость усилительного каскада без ОС YBX, проводимость каскада с ОС YBX.OC, проводимость цепи ОС YOC

2016013120
2016013121
2016013122

Тогда входная проводимость усилительного каскада с учётом цепи ОС составит

2016013123

Таким образом при введении в усилитель параллельной ПОС выражение принимает вид

2016013124

из данного выражения видно, что параллельная ПОС уменьшает входную проводимость усилительного каскада, то есть увеличивается входное сопротивление, но при некоторых значениях (YBX = YOC(K – 1)) Входное сопротивление может принимать нулевые и отрицательные значения.

При введении в усилительный каскад параллельной ООС входное сопротивление будет иметь следующий вид

2016013125

То есть будет происходить увеличение входной проводимость, а, следовательно, уменьшение входного сопротивления усилительного каскада.

Влияние ОС на выходное сопротивление усилителя

Выходное сопротивление усилительного каскада является сопротивлением переменному току между его выходными зажимами, с которых снимается усиленное напряжение сигнала, поступающего на вход усилительного каскада.

Выходное сопротивление также как и входное сопротивление усилителя с обратной связью определяется лишь типом применённой обратной связи (ОС по току или ОС по напряжению). Оно может быть найдено способом аналогичным нахождению входного сопротивления усилительных каскадов с ОС, поэтому приведу только окончательные формулы для различных видов ОС.

Выходное сопротивление при обратной связи по напряжению:

2016013126

2016013127

Таким образом, применение ПОС по напряжению приводит к возрастанию выходного сопротивления, а при значении βК ≥ 1 переходит к «отрицательному» сопротивлению и превращению в генератор. В случае применения ООС по напряжению происходит уменьшение выходного сопротивления, что положительно сказывается на свойствах усилительного каскада.

Выходное сопротивление при обратной связи по току:

для ПОС (без учёта RH (сопротивления нагрузки), которое подключается параллельно RBbIX.OC)

2016013128

для ООС (без учёта RH (сопротивления нагрузки), которое подключается параллельно RBbIX.OC)

2016013129

Также как и ОС по напряжению, ОС по току при ПОС вначале увеличивает выходное сопротивление, затем превращается в «отрицательное» сопротивление с генерированием колебаний. А ООС по току уменьшает выходное сопротивление.

Среди всех видов обратной связи лучшее применение находит последовательная обратная связь по напряжению, так как такая связь увеличивает входное сопротивление и приводит к уменьшению выходного сопротивления, что позволяет лучше согласовать параметры усилителя с предыдущими и последующими каскадами и нагрузкой усилителя.

Теория это хорошо, но необходимо отрабатывать это всё практически ПОПРОБОВАТЬ МОЖНО ЗДЕСЬ

Примеры отрицательной обратной связи

  1. Регулирование уровня сахара в крови: Человеческий организм тщательно регулирует уровень глюкозы в крови посредством механизма отрицательной обратной связи. После приема внутрь глюкоза всасывается из пищеварительной системы в кровоток, повышая ее концентрацию. Этот всплеск уровня глюкозы побуждает поджелудочную железу выделять инсулин, гормон, который сигнализирует клеткам о необходимости поглощения глюкозы. В печени избыток глюкозы сохраняется в виде гликоген, резерв полисахарида. Одновременно, мышца клетки либо хранят, либо используют глюкозу для производства энергии. По мере того как клетки поглощают глюкозу, ее концентрация в крови снижается. Снижение уровня глюкозы впоследствии подавляет выработку инсулина поджелудочной железой. Эта сложная система гарантирует, что уровень глюкозы остается в заданном диапазоне, обеспечивая стабильное снабжение организма глюкозой. Отличительной чертой этого механизма является то, что повышенный уровень глюкозы активирует путь, предназначенный для его снижения, а как только он падает, этот путь деактивируется.
  2. Терморегуляция у эндотермных животных: Эндотермные животные, такие как млекопитающие и птицы, поддерживают внутреннюю температуру независимо от внешних условий. Различные биохимические пути, преимущественно управляемые отрицательной обратной связью, облегчают регуляцию температуры. Например, когда температура тела повышается, специфические ферменты активировать пути, которые вызывают такое поведение, как потоотделение, одышка или поиск более прохладной среды. Эти действия помогают снизить температуру тела. И наоборот, когда температура падает, другие пути стимулируют такое поведение, как дрожь или жировой обмен, для выработки тепла. Как только достигается оптимальная температура, эти пути деактивируются, иллюстрируя классическую петлю отрицательной обратной связи.
  3. Заправка туалетного бачка: Более наглядный пример отрицательной обратной связи можно наблюдать в механизме бачка бытового унитаза. В резервуаре имеется поплавок, определяющий уровень воды. После промывки уровень воды снижается, в результате чего поплавок сбрасывает давление на клапан, позволяя пресной воде снова наполнить резервуар. По мере наполнения резервуара поднимающийся поплавок постепенно уменьшает приток воды. Когда резервуар наполняется, поплавок полностью перекрывает клапан, прекращая поступление воды. Этот механизм отражает биологические системы отрицательной обратной связи, в которых продукт (в данном случае вода) влияет на процесс, в результате которого он производится.

По сути, механизмы отрицательной обратной связи распространены повсеместно, обеспечивая стабильность как биологических систем, так и бытовых приборов. Они функционируют, используя результаты процесса для регулирования и поддержания желаемого состояния или уровня этого самого процесса.

опросник-тест

Какова основная цель отрицательной обратной связи в биологических системах?
а) Для усиления отклонений от заданного значения
б) Снизить эффективность системы.
в) Для поддержания гомеостаза и стабильности
г) Увеличить время отклика системы

Объявления
Покажи ответ

Ответ: в) Для поддержания гомеостаза и стабильности

Что из перечисленного НЕ является примером отрицательной обратной связи?
а) Потоотделение для охлаждения тела
б) Увеличение выработки инсулина в ответ на высокий уровень сахара в крови
в) Усиление болевых сигналов в ответ на травму
г) Снижение выработки гормонов щитовидной железы при высоких уровнях.

Ответ: в) Усиление болевых сигналов в ответ на травму.

В цикле отрицательной обратной связи выход системы:
а) усиливает исходный стимул
б) Не оказывает влияния на исходный раздражитель
в) Уменьшает первоначальный стимул
г) не зависит от исходного стимула

Объявления
Покажи ответ

Ответ: в) Уменьшает исходный раздражитель.

Какой гормон участвует в регуляции уровня глюкозы в крови по принципу отрицательной обратной связи?
а) Адреналин
б) Инсулин
в) Эстроген
г) Тестостерон

Ответ: б) Инсулин

Механизмы отрицательной обратной связи необходимы для:
а) нарушение гомеостаза
б) Напрасная трата энергии и ресурсов.
в) Поддержание стабильности в меняющихся условиях.
г) Увеличение риска системных сбоев

Объявления
Покажи ответ

Ответ: в) Поддержание стабильности в меняющихся условиях.

Как используется отрицательная обратная связь в контексте электронных схем?
а) Для увеличения колебаний
б) Дестабилизировать систему
в) Для поддержания стабильной производительности
г) Усилить искажения

Ответ: в) Для поддержания стабильной производительности.

Что из следующего лучше всего описывает механизм положительной обратной связи?
а) Противодействует отклонениям от заданного значения
б) усиливает отклонения от заданного значения
в) Не влияет на отклонения от заданного значения.
г) Стабилизирует отклонения в заданной точке.

Объявления
Покажи ответ

Ответ: б) Усиливает отклонения от заданного значения.

Терморегуляция у эндотермных животных в первую очередь контролируется:
а) Механизмы положительной обратной связи
б) Механизмы нейтральной обратной связи
в) Механизмы отрицательной обратной связи
г) Отсутствие механизмов обратной связи

Ответ: в) Механизмы отрицательной обратной связи.

В системе отрицательной обратной связи, когда продукт пути накапливается:
а) Путь ускоряется
б) Путь остается неизменным
в) путь заблокирован
г) Путь становится непредсказуемым

Объявления
Покажи ответ

Ответ: в) Путь тормозится.

Какой орган участвует в регуляции гормонов щитовидной железы по принципу отрицательной обратной связи?
а) печень
б) почки
в) поджелудочная железа
г) гипофиз

Ответ: г) Гипофиз.

Про обратную связь

Обратная связь

Несмотря на то, что сабж всем понятен и, казалось бы, прост, хочу в первом своем посте затронуть именно его.

Мы все живем в мире, где на любое наше действие либо следует какой-то ответ, либо не следует ответа. Если ответа нет – мы чувствуем, что что-то не так. Возможно, некоторые и не ощущают дискомфорта от отсутствия обратной связи. А действительно – чего переживать, если ограничения сняты и можно «быть собой», как иногда можно услышать от молодых людей.

Обратная связь не может быть одноразовой. Она есть всегда и она постоянна. У вас, к примеру, всегда есть «feedback from customer». Он не одноразовый («сегодня есть и больше никогда не будет») – а совсем даже наоборот. Ребенок всегда выскажет вам, что он хочет мороженого (или чего ему в тот момент захочется), когда вы с ним гуляете. Когда проектируется любая система, программа, аппарат или что угодно еще – обратная связь используется для ее калибровки и корректной работы.

Но что делать, если обратная связь нарушена? Если в процессе прохождения сигнала существуют помехи? Если обратной связи нет вообще (все пропало сломалось)?

В такой ситуации мы не знаем, что о нас думает заказчик или подчиненный. Человек не знает, горячо ему или холодно. Космический аппарат, бороздящий просторы большого театра космоса, теряет связь с ЦУПом. Все разваливается…

Есть два вида обратной связи: положительная и отрицательная. Положительная обратная связь – это такой тип связи, где изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения. Т.е. это взрыв или схлопывание. Но в любом случае – это четко понятный финал и конец существования системы/процесса/общества. Отрицательная обратная связь – это такой тип связи, при которой выходной сигнал системы передается обратно на вход для погашения части входного сигнала. Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров. Т.е. это неваляшка, регулирующая сама себя, имеющая для корректировки некий эталон.

Если же посмотреть с точки зрения процессов и управления – то все те процессы, которые расходятся в далекие дали или наоборот – схлопываются в ноль (ну вот так их спроектировали) – это процессы с положительной обратной связью. И наоборот – корректно спроектированные процессы, позволяющие системе функционировать необходимое время (заложенное при проектировании) – это прямой пример отрицательной (корректирующей) обратной связи. Проект, который ведется кое-как и кое-как управляется, имеет положительную обратную связь или нарушенную отрицательную – не будет выполнен в срок, с заданной стоимостью, с заданным качеством (по отдельности или все сразу). Ремонт в доме, когда постоянно появляются мнения со стороны, изменяющие ваш первоначальный план – точно такой же пример. Ресторан, с отсутствующей/нарушенной отрицательной обратной связью – разорится, т.к. качество его блюд будет постоянно уходить все дальше от эталона (в любую сторону). Страна, управляемая с поломанной или вообще с отсутствующей обратной связью от народа – обречена, как и таким же образом управляемый проект или ремонт.

В то же самое время починка или создание с нуля необходимой обратной связи зачастую может решить 90% проблем управления. В проектах это зачастую коммуникации. В разработке систем – правильное проектирование. В социуме – все те же коммуникации и процессы, поддающиеся контролю общества.

К сожалению, многие люди не привыкли рассуждать в подобных категориях. Они пытаются придумать «костыли» для неправильно спроектированных процессов, подпирающие процесс/систему с разных сторон. Но подобные «костыли» – в 90% случаев не являются ремонтом обратной связи (созданием отсутствовавшей связи). Это именно костыли, подпорки. Результат использования подобных «нововведений» всегда предсказуем, даже с достаточно высокой долей точности во времени, не говоря уж про 100% вероятность наступления краха, который и пытались предотвратить «костылями».

Спасибо за внимание. Feel free to comment.

  • обратная связь
  • коммуникации
  • Блог компании Инфопульс Украина
  • Анализ и проектирование систем

Отрицательная обратная связь – определение и примеры

Отрицательная обратная связь – это тип регулирования в биологических системах, в котором конечный продукт процесса, в свою очередь, уменьшает стимул этого же процесса. Обратная связь, как правило, является регуляторным механизмом, присутствующим во многих биологических реакциях. Позволяя определенным путям быть выключенными и включенными, организм может контролировать различные аспекты своей внутренней среды. Это похоже на переключение переключателя. Обратная связь позволяет продукту пути управлять коммутатором. Иногда называемый «петлей отрицательной обратной связи», отрицательная обратная связь возникает, когда продукт пути отключает биохимический путь. Положительный отзыв, противоположность отрицательной обратной связи, обнаруживается в других биологических путях, в которых продукт увеличивает путь. Ниже приведены примеры отрицательных отзывов.

Регулирование уровня сахара в крови

Каждый раз, когда вы едите, механизм отрицательной обратной связи контролирует уровень сахара в вашем кровь, Основной сахар в вашей крови – это глюкоза. После того как вы что-то съели, ваше тело поглощает глюкозу из крови и откладывает ее в кровь. Это увеличивает концентрацию глюкозы и стимулирует выработку поджелудочной железой химического вещества, называемого инсулином. Инсулин является клеточной сигнализацией молекула который говорит мускул а также печень клетки поглощать глюкозу. Клетки печени хранят избыток глюкозы в виде гликоген цепочка глюкоз, используемых в качестве продукта хранения. Мышечные клетки могут хранить глюкозу или использовать ее для выработки АТФ и сокращения. Когда этот процесс происходит, концентрации глюкозы в крови истощаются. Глюкоза была основным сигналом для поджелудочной железы для производства инсулина. Без этого поджелудочная железа перестает вырабатывать инсулин, а клетки перестают поглощать глюкозу. Таким образом, уровни глюкозы поддерживаются в определенном диапазоне, и остальная часть тела имеет постоянный доступ к глюкозе. Механизм отрицательной обратной связи в этой системе особенно проявляется в том, как высокие уровни глюкозы приводят к включению пути, что приводит к продукту, предназначенному для снижения уровня глюкозы. Когда уровень глюкозы становится слишком низким, путь прекращается.

Регулирование температуры

Все эндотермы регулируют их температуру. Эндотермы – это животные, которые регулируют свое тело при температуре, отличной от окружающей. Вы можете думать о млекопитающих и птицах как о наиболее распространенных эндотермах. Большинство путей, ответственных за регулирование температуры, контролируются отрицательной обратной связью. По мере повышения температуры ферменты и пути в организме «включаются» и контролируют различные виды поведения, такие как потоотделение, одышка и поиск тени. Когда животное делает это, температура его тела начинает снижаться. Активность этих путей, которая обусловлена ​​высокой температурой, также начинает уменьшаться. В конце концов достигается температура, при которой путь перекрывается. Другие пути присутствуют при слишком низких температурах, а также отключаются, когда организм достигает оптимальной температуры. Эти пути могут дрожать, искать убежище или сжигать жир. Все эти действия снова нагревают тело и блокируются конечным продуктом их реакций – нагреванием.

Заполнение унитаза

Многие студенты склонны бороться с абстрактными биологическими примерами негативных отзывов. Не бойся! Простой и обычный предмет домашнего обихода использует отрицательный отзыв каждый день. В баке на задней панели вашего туалета находится шар или поплавок, который лежит на уровне воды. Когда вы опорожняете бак, уровень воды падает. Давление от поплавка, который удерживал клапан, сбрасывается, и в бак поступает новая вода. Клапан, управляемый поплавком, подобен ферменту, который контролирует уровень продукта, который он создает. По мере того, как больше воды (продукта) заполняет резервуар, поплавок медленно уменьшает количество воды, пропускаемой через клапан. Клапан аналогичен ферменту, который регулируется обратной связью от продукта, который он помогает создать или впустить в клетка.

викторина

1. Что из следующего представляет отрицательный отзыв?A. Тромбоциты крови выделяют химические вещества, которые привлекают больше тромбоцитов крови, а затем заполняют рануB. Одна птица, спасающаяся от хищника, подстегивает трех птиц, что, в свою очередь, пугает всю стаюC. При производстве аминокислоты фермент, используемый клеткой, ингибируется после того, как аминокислота достигает определенной концентрации.

Ответ на вопрос № 1

С верно. Первые две системы представляют положительные отзывы. По мере того, как несколько человек начинают реагировать, гораздо больше поощряют реагировать. Эти системы приводят к реакциям, которые идут к завершению в одном направлении. Например, вся стая улетит или вся рана будет закрыта. В третьем случае продукт регулирует путь. Это означает, что элемент не будет расходовать слишком много энергии и будет производить именно то количество продукта, которое ему необходимо.

2. Пчелы интересным образом контролируют температуру своего улья. Когда температура становится слишком высокой, определенные пчелы посылают сигнал остальной части колонии, чтобы начать определенное поведение. Пчелы испаряют воду изо рта и размахивают крыльями, чтобы значительно снизить температуру. По мере охлаждения колония возобновляет свою нормальную деятельность. Какой из следующих терминов описывает этот сценарий?A. Положительный отзывB. Негативный отзывC. Ингибирование ферментов

Ответ на вопрос № 2

В верно. Это пример отрицательной обратной связи. Стимул вызывает у пчел реакцию, которая снижает стимул. В свою очередь, путь в конечном итоге перекрыт. Помните, что механизмы обратной связи могут быть частью систем всех размеров, от химических путей до деятельности целых групп организмов.

3. Вы забираетесь в горячую плиту, чтобы захватить свой обед. Ваш палец соскальзывает с горячей площадки и касается горячего горячего блюда в духовке. Сигнал отправляется на ваш головной мозг, который говорит вашей руке сжиматься. Когда ваш палец перестает гореть, ваша рука может расслабиться. Что представляет собой этот сценарий?A. Негативный отзывB. Положительный отзывC. Бой или Полет ответ

Ответ на вопрос № 3

верно. Снова, стимул, который вызвал реакцию, удален через процесс. Это отрицательный отзыв. Ответ может быть связан с боем или бегством, но помните, что даже эти процессы должны контролироваться той или иной формой обратной связи, иначе они будут продолжаться вечно. Механизм отрицательной обратной связи позволяет системе переустанавливаться после стимула, что на клеточном уровне позволяет подготовиться к реакции на другой стимул.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий