El sistema de retroalimentación tiene múltiples ventajas sobre los sistemas convencionales. Ayuda a mejorar la ganancia de salida del circuito y aumenta la respuesta lineal del circuito. También reduce las posibilidades de distorsiones de la señal que se producen principalmente debido a señales de ruido.
Los sistemas de retroalimentación se utilizan principalmente en circuitos amplificadores, sistemas de control basados en salida y circuitos osciladores. Los sistemas de retroalimentación tienen dos tipos: Positivo retroalimentación y Negativo comentario. Este artículo se centrará en gran medida en el último tipo de retroalimentación.
Esquema rápido:
- ¿Qué es el sistema de retroalimentación negativa en electrónica?
- Circuito de retroalimentación negativa
- Función de transferencia de comentarios negativos
- Retroalimentación negativa en amplificadores operacionales
- Ejemplo 1
- Ejemplo 2
- Ejemplo 3
- Diferencia entre sistemas de retroalimentación positiva y negativa
- Aplicaciones y propiedades del sistema de retroalimentación negativa
- Efecto de la retroalimentación negativa sobre el ancho de banda
- Conclusión
¿Qué es el sistema de retroalimentación negativa en electrónica?
La retroalimentación negativa en un circuito eléctrico es un mecanismo de control que estabiliza y regula las operaciones del circuito eléctrico. Los circuitos con sistemas de retroalimentación negativa integrados toman una señal de salida y la pasan a la entrada como señal de oposición de fase (invertida) . Este sistema de retroalimentación reduce cualquier desviación o error en las señales de salida.
La retroalimentación negativa también se denomina retroalimentación degenerativa . En retroalimentación negativa, la señal de salida que llega como retroalimentación se resta de la señal de referencia de entrada. La salida produce un error conocido como ganancia de retroalimentación . Esta señal de error generada después de la resta modificará la respuesta del sistema en consecuencia. Si la ganancia del sistema es positiva, la señal de retroalimentación proveniente de la salida debe restarse de la señal de referencia de entrada para mantener la retroalimentación negativa.
Cuando hay retroalimentación negativa restado desde la entrada de referencia, hace que el sistema sea más estable. Digamos que hay un sistema que muestra un comportamiento inusual; para contrarrestar este cambio, el sistema generará una señal de salida. Esta señal de salida o retroalimentación contrarresta la señal de entrada, modificando la entrada en consecuencia para que todo el sistema funcione de manera eficiente.
Circuito de retroalimentación negativa
El circuito de retroalimentación negativa se ilustra en la imagen siguiente. Aquí puede ver que una señal de salida se devuelve al lado de entrada como retroalimentación. En el lado de entrada, se genera una diferencia entre la señal de referencia y la diferencia de la señal de retroalimentación, lo que luego impulsa aún más el sistema.
1. Componentes : El circuito consta de dos componentes principales:
- Un amplificador con ganancia G.
- Un circuito de retroalimentación con factor de retroalimentación β.
La señal de entrada es V. en y la salida del amplificador es V afuera .
2. Unión sumadora : En la entrada del amplificador, hay una unión sumadora (a menudo representada por un círculo con un signo menos en su interior). Esta unión restará la señal de retroalimentación de la entrada de referencia. La porción restada es el producto del factor de retroalimentación β y la salida Vout, por lo que la señal de error es V en – bV afuera .
3. Bucle de retroalimentación : Esta señal de error (V en – bV afuera ) es lo que impulsa el sistema. Representa la diferencia entre la entrada deseada V en y la salida real V afuera escalado por el factor de retroalimentación β.
4. Comentarios negativos : El concepto clave aquí es la retroalimentación negativa. Cuando la salida V afuera cambios debido a cualquier perturbación o cambio en la entrada V en la señal de error (Vin – βV afuera ) es creado. La señal de error calculada será amplificada por el amplificador con ganancia G y devuelta a la unión sumadora. Es importante destacar que esta retroalimentación es negativa porque se resta de la entrada.
- si la v afuera aumenta (es decir, la salida del sistema es mayor de lo deseado) la retroalimentación reduce el error, lo que genera V afuera volver al valor deseado.
- si la v afuera disminuye (es decir, la salida del sistema es menor de lo deseado) la retroalimentación aumenta el error de conducción V afuera retroceda hacia el valor deseado.
5. Ecuación general de retroalimentación : La ecuación general de retroalimentación para este sistema generalmente se expresa como
Esta ecuación relaciona la salida V afuera a la entrada Vin y el factor de retroalimentación β a través de la ganancia del amplificador G. Muestra cómo el sistema usa retroalimentación negativa para regular y controlar la salida para que coincida con la entrada deseada.
Función de transferencia de comentarios negativos
La función de transferencia define una ecuación que representa la relación entre la entrada y la salida. Nos dice cómo los cambios en la entrada afectan la salida. En retroalimentación negativa, tenemos una señal intermedia representada por Z. Esta señal intermedia representa la diferencia entre la salida y la entrada.
Para el función de transferencia ecuación de retroalimentación negativa, Z se utiliza para calcular la señal de error o la corrección necesaria para acercar el sistema al valor deseado de salida.
El siguiente diagrama de bloques muestra el sistema de retroalimentación negativa. Usando este diagrama, podemos calcular la función de transferencia para un sistema de retroalimentación negativa:
La salida del sistema de retroalimentación negativa es igual a Y(s):
Retroalimentación negativa en amplificadores operacionales
En una configuración de retroalimentación negativa, una parte de la salida (V) del amplificador operacional se envía al terminal inversor de entrada (-). Esta señal de salida se restará de la referencia de entrada. Ayuda a controlar y estabilizar la ganancia del amplificador.
Al utilizar retroalimentación negativa en un circuito de amplificador operacional, puede establecer el nivel de ganancia deseado mientras mantiene la estabilidad del sistema. La retroalimentación negativa reduce las no linealidades en las características del amplificador operacional, lo que hace que funcione más cerca de un comportamiento ideal.
Un circuito amplificador operacional (op-amp) de retroalimentación negativa se diseña utilizando un amplificador operacional como componente central. Un amplificador operacional tiene dos entradas: una es invertida (-) y la otra no es invertida (+). Tiene un terminal de salida. Para el sistema de retroalimentación negativa, usaremos el lado inversor de los amplificadores operacionales.
Este circuito normalmente incluye:
- Resistencia de entrada (Rin) que conecta la fuente única a la entrada inversora (-) del amplificador operacional.
- Una resistencia de retroalimentación (Rf) que conecta la salida del amplificador operacional a la entrada inversora (-).
- Una conexión a la carga en la salida del amplificador operacional.
Puede encontrar la ganancia utilizando la relación Rf a Rin. Esta retroalimentación negativa estabiliza y controla el comportamiento del amplificador operacional. Funciona minimizando la diferencia de voltajes entre las dos entradas inversoras y no inversoras. Crea un cortocircuito virtual entre ellos. Como resultado, el amplificador operacional ajusta su voltaje de salida para mantener este equilibrio, lo que lo convierte en un amplificador eficaz con ganancia controlada.
Ejemplo 1: cálculo de la ganancia de circuito cerrado
Un sistema tiene una ganancia de 60 dB sin retroalimentación. La fracción de retroalimentación negativa es 1/20; encuentre la ganancia de circuito cerrado (en dB) con la adición de retroalimentación negativa.
Solución:
La ganancia en circuito cerrado con retroalimentación negativa viene dada por la fórmula:
En este caso, la ganancia en bucle abierto es de 60 dB y la fracción de retroalimentación es 1/20.
Entonces, con una fracción de retroalimentación de 1/20, la ganancia en circuito cerrado del sistema será de 86,02 dB.
Ejemplo 2: cálculo de la ganancia de voltaje
Si un amplificador tiene inicialmente una ganancia de voltaje de 3000 (sin retroalimentación) y luego comprende una retroalimentación de voltaje negativa con una fracción de retroalimentación de mv = 0,01. ¿Cuál será la nueva ganancia de voltaje del amplificador?
Solución :
Puede utilizar la fórmula de ganancia de voltaje para el amplificador con retroalimentación de voltaje negativa para calcular la ganancia de voltaje del amplificador:
En la fórmula anterior:
A F = Ganancia de voltaje con retroalimentación
A = Ganancia de voltaje sin retroalimentación
mv = fracción de retroalimentación
Aquí tenemos:
Ganancia de voltaje sin retroalimentación (A) = 3000
Fracción de retroalimentación (mv) = 0.01
Ahora, ponga estos valores en la fórmula:
Entonces, la ganancia de voltaje del amplificador con retroalimentación de voltaje negativa es aproximadamente 96,77.
Ejemplo 3: cálculo de resistencias de retroalimentación
Determine los valores apropiados para las resistencias de retroalimentación, R 1 y r 2 . Debe estabilizar un circuito amplificador no inversor utilizando un amplificador operacional con una ganancia de voltaje de bucle abierto (AVOL) de 220.000. Su ganancia de circuito cerrado objetivo es 40.
Solución :
Una ecuación general de retroalimentación de circuito cerrado es:
Para obtener la fracción de retroalimentación β, reorganice la ecuación anterior:
En este caso, la ganancia en bucle abierto es demasiado alta. Entonces, la fracción de retroalimentación β será aproximadamente igual al recíproco de la ganancia de bucle cerrado 1/G. Como el valor de 1/A es demasiado pequeño, aproximadamente igual a (0,025).
Las resistencias R1 y R2 en la configuración anterior forman el circuito divisor de potencial de voltaje en serie. Puede encontrar la ganancia de voltaje de circuito cerrado de la siguiente manera:
Supongamos que el valor de R2 es 1000 Ω (1 kΩ). Entonces el valor de R 1 Se puede escribir como
Entonces, para el circuito amplificador no inversor con una ganancia de 40, debe seleccionar R 1 de 39 kΩ y R 2 de 1kΩ.
Diferencia entre sistemas de retroalimentación positiva y negativa
Puede encontrar la diferencia entre los sistemas de retroalimentación positiva y negativa en la siguiente tabla:
| Diferencias de tipos de comentarios | Retroalimentación positiva | Retroalimentación negativa |
|---|---|---|
| Definición | En esta retroalimentación, se agregan retroalimentación de referencia y señales de entrada. | En este tipo, la retroalimentación de salida se resta de la entrada de referencia. |
| Nomenclatura | Retroalimentación positiva o retroalimentación regenerativa. | Comentarios negativos o comentarios degenerativos. |
| Objetivo | Amplifica o aumenta una señal. | Estabiliza o regula una señal. |
| Efecto en el sistema | Puede provocar comportamientos y oscilaciones impredecibles. | Promueve la previsibilidad y el funcionamiento en estado estable. |
| Ganar dirección | Aumenta la ganancia del sistema. | Reduce la ganancia del sistema. |
| Uso | Amplificadores de audio y osciladores de relajación. | Amplificadores operacionales (Op-Amps), sistemas de control de retroalimentación. |
| Estabilidad | A menudo conduce a la inestabilidad. | Mejora la estabilidad del sistema. |
| Por ejemplo | Gatillos Schmitt y chanclas. | Amplificadores de voltaje y controladores de temperatura. |
Aplicaciones y propiedades del sistema de retroalimentación negativa
Los sistemas de retroalimentación negativa tienen muchas aplicaciones en electrónica general. Estos sistemas mejoraron la inestabilidad del sistema, la linealidad del sistema, la respuesta de frecuencia y la respuesta escalonada. Debido a estos beneficios de los sistemas de retroalimentación negativa, muchos circuitos amplificadores en la electrónica poseen sistemas de retroalimentación negativa.
A continuación se dan algunas descripciones detalladas de los sistemas de retroalimentación negativa:
Estabilidad : Un sistema de retroalimentación negativa reduce las desviaciones del punto deseado, dando como resultado un sistema más estable. Por ejemplo, un termostato se asegura de que la temperatura se mantenga cerca del valor elegido.
Precisión: los sistemas de retroalimentación negativa mejoran la precisión del sistema al minimizar los errores. En un circuito amplificador, la retroalimentación negativa reduce la distorsión y produce una señal más estable en la salida.
Control de Ancho de Banda : También puedes controlar el ancho de banda del amplificador con la ayuda de un sistema de retroalimentación negativa. Esto los hace adecuados para varias aplicaciones. Estas aplicaciones incluyen desde amplificación de audio hasta amplificación de radiofrecuencia.
Reducción de ruido : La retroalimentación negativa puede disminuir el ruido y las interferencias no deseadas. La reducción de ruido tiene múltiples aplicaciones en el campo de los sistemas de audio y dispositivos de comunicación.
Respuesta dinámica : Los sistemas de retroalimentación negativa tienen capacidad de respuesta dinámica. Estos sistemas pueden ajustarse en consecuencia a las condiciones dadas. Un ejemplo de respuesta dinámica incluye el sistema de control de crucero del automóvil.
Efecto de la retroalimentación negativa sobre el ancho de banda
El ancho de banda explica el rango de frecuencia operativa de un amplificador con ganancia constante. Un sistema con un ancho de banda mayor significa que el amplificador puede manejar más frecuencias. La retroalimentación negativa reduce la ganancia del amplificador al dar la salida en el lado de entrada. Esto mejora la estabilidad y la linealidad del sistema, pero como resultado, también reduce la ganancia del sistema.
El efecto de la retroalimentación negativa sobre el ancho de banda Depende del tipo y cantidad de retroalimentación aplicada. Generalmente, la retroalimentación negativa aumenta el ancho de banda al reducir la ganancia del sistema. El producto del ancho de banda de ganancia, que es la medida del rendimiento de un amplificador, permanece constante independientemente de la retroalimentación.
Por ejemplo , considere un circuito amplificador sin retroalimentación que tiene una ganancia de 100 y 10 kHz de ancho de banda. Aplicar retroalimentación negativa para reducir la ganancia a 10. Esto aumentará el ancho de banda a 100 kHz. El producto ganancia-ancho de banda sigue siendo 100 × 10 kHz = 1 MHz en ambos casos.
Sin embargo, la retroalimentación negativa también afecta las frecuencias de corte del amplificador. Estas son las frecuencias en las que las ganancias del sistema caen desde el valor máximo. La retroalimentación negativa reduce la frecuencia de corte y aumenta la frecuencia de corte superior. Esto dará como resultado una ampliación de la curva de respuesta de frecuencia del amplificador. El efecto neto de la retroalimentación negativa sobre el ancho de banda es intercambiar ganancias por ancho de banda.
Esto significa que la aplicación de retroalimentación negativa aumentará el rango de frecuencias que puede manejar un amplificador. Pero todo esto tiene el coste de reducir su factor de amplificación.
Conclusión
Un sistema de retroalimentación negativa puede controlar o ajustar la salida sirviendo una parte de la salida en el lado de entrada. Esta retroalimentación genera una señal de error, lo que le brindará un sistema más estable. Esta señal de error es dinámica y controla todo el sistema. Un sistema de retroalimentación negativa puede mejorar la precisión del sistema y también controlar el ancho de banda. Este sistema de retroalimentación se utiliza en circuitos amplificadores como los de cancelación de ruido o los sistemas de control de crucero de automóviles. Lea más sobre la descripción detallada de los comentarios negativos en este artículo.