Что такое положительная обратная связь
Положительная обратная связь
Положи́тельная обра́тная связь (ПОС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых (автоколебательных) систем, называемых генераторы (производители).
Автогенератор на основе усилителя с мостом Вина в цепи положительной обратной связи является примером частотно-зависимой ПОС.
Если цифровой логический элемент охватить небольшой ПОС, получится схема с гистерезисом (или триггер Шмитта), которая с успехом применяется для устранения дребезга контактов, устранения ложных срабатываний датчиков (или кабельных приёмников) от влияния помех, и др.
Нелинейная положительная обратная связь ведёт к тому, что система начинает развиваться в режиме с обострением.
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Положительная обратная связь» в других словарях:
положительная обратная связь — Обратная электрическая связь, при которой сигнал, передаваемый в предшествующую цепь или каскад, находится в той же фазе, что и сигнал, проходящий через эту цепь или каскад. [ГОСТ 24375 80] Тематики телевидение, радиовещание, видео Обобщающие… … Справочник технического переводчика
положительная обратная связь — Ситуация, когда результат природного процесса стимулирует процесс, ее вызывающий. → Рис. 261, с. 565 … Словарь по географии
Положительная обратная связь — 12. Положительная обратная связь Обратная электрическая связь, при которой сигнал, передаваемый в предшествующую цепь или каскад, находится в той же фазе, что и сигнал, проходящий через эту цепь или каскад Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
положительная обратная связь — teigiamasis grįžtamasis ryšys statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. positive feedback; regenerative feedback vok. Mitkopplung, f; positive Rückführung, f; positive Rückkopplung, f rus. положительная обратная связь, f pranc. réaction… … Automatikos terminų žodynas
положительная обратная связь — teigiamasis grįžtamasis ryšys statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. positive feedback; regenerative feedback vok. positive Rückkopplung, f rus. положительная обратная связь, f pranc. réaction positive, f; rétroaction positive, f … Fizikos terminų žodynas
Положительная обратная связь — 1. Обратная электрическая связь, при которой сигнал, передаваемый в предшествующую цепь или каскад, находится в той же фазе, что и сигнал, проходящий через эту цепь или каскад Употребляется в документе: Приложение № 1 к ГОСТ 24375 80 … Телекоммуникационный словарь
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ — Описание любой петли обратной связи, которая ускоряет или усиливает процесс … Толковый словарь по психологии
положительная обратная связь магнитного усилителя — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN self excitation of a transductor … Справочник технического переводчика
положительная обратная связь по реактивности — (в ядерном реакторе) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN positive reactivity feedback … Справочник технического переводчика
Положительная обратная связь
Из Википедии — свободной энциклопедии
Положи́тельная обра́тная связь (ПОС) — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения, то есть знак изменения сигнала обратной связи совпадает со знаком изменения входного сигнала.
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её умышленно используют в технике в ситуациях, когда требуется ускорение реакции на изменение внешних параметров.
В то же время положительная обратная связь может привести к неустойчивости системы. Для примера примем, что в контуре нет фазовых задержек.
Если коэффициент усиления в петле положительной обратной связи (в разомкнутой системе, или разомкнутом контуре), больше 1, то в системе либо возникают автоколебания (это используется в различных автогенераторах), либо система перейдёт в одно из устойчивых, квазистационарных состояний (например, различные триггеры).
Если коэффициент усиления в разомкнутом контуре равен 1, система находится на грани самовозбуждения, и случайно возникшие автоколебания либо медленно затухают, либо нарастают до ограничения.
При коэффициенте усиления в разомкнутом контуре меньше 1 система устойчива.
Например, автогенератор на основе усилителя с мостом Вина в цепи положительной обратной связи является примером схемы с частотно-зависимой положительной обратной связью, причём для того, чтобы этот генератор генерировал синусоидальный сигнал с малыми искажениями, петлевое усиление в схеме поддерживается точно равным 1 с помощью амплитудно-зависимой нелинейной отрицательной обратной связи.
Другой пример использования положительной обратной связи — триггер Шмитта. Если цифровой логический элемент либо операционный усилитель охватить правильно выбранной положительной обратной связью, образуется схема с гистерезисом, называемая триггером Шмитта. Триггер Шмитта с интегрирующей RC-цепью на входе применяется для устранения дребезга контактов, повышения помехоустойчивости сигналов датчиков (или кабельных приёмников), устранения состояния «неопределённости» в каналах связи, вызванном помехами, и др.
Положительная обратная связь присутствует в цепных химических реакциях, автокаталитических химических реакциях, цепных реакциях деления ядер тяжёлых элементов в ядерном взрыве. При управляемой ядерной реакции в ядерных реакторах эффективный коэффициент размножения нейтронов (петлевой коэффициент усиления, в терминах авторегулирования) поддерживается равным 1 с помощью следящей системы регулирования положения поглощающих нейтроны стержней.
Нелинейная положительная обратная связь приводит к развитию в системе режима с обострением.
Положительная обратная связь
Положительная обратная связь — тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.[1]
Концепция «положительной обратной связи» имеет долгую историю в экономической науке и связана с теорией «возрастающей отдачи», которая утверждает, что товары дешевеют по мере увеличения их производства, (и близко связана с точкой зрения, что некоторые товары, такие как аппараты факсимильной связи, становятся более полезными, если ими пользуется большее число людей).
«Положительная обратная связь» противоположна «отрицательной обратной связи» — хорошо известной концепции, применяемой, к примеру, в области изменений популяций животного мира. Чем больше популяция кроликов в долине, тем меньше травы приходится на одного кролика. Если популяция слишком разрастается, кролики в итоге начинают голодать, что приводит к снижению темпов их размножения, в результате чего популяция сокращается. Таким образом, отрицательная обратная связь означает, что чем больше популяция, тем ниже темпы ее воспроизводства, а это приводит к спонтанному регулированию популяции. Следовательно, отрицательная обратная связь регулирует рост, создавая равновесие.
В отличие от отрицательной обратной связи, положительная обратная связь подразумевает, что чем выше в недавнем прошлом была цена или отдача от роста цен, тем выше и больше они станут в будущем. Неконтролируемая положительная обратная связь может привести к отрывам, при которых нарушение баланса становится таким огромным, что неожиданно могут начаться другие процессы, приводящие к обвалам или крахам рынка.
Юссефмир (Youssefmir), Хуберман (Hubennan) и Хогг (Hogg) подчеркивали важность положительной обратной связи в своей теории динамики развития пузырей финансовых инструментов, описывающей процесс появления пузырей и их последующего краха. Положительная обратная связь приводит к возникновению спекулятивных тенденций, способных доминировать над фундаментальными основами и делающих систему в большей степени чувствительной к любому внешнему воздействию, что в конечном итоге ускоряет крах.
У рынка акций и в поведении инвесторов есть много механизмов, способных вызвать положительную обратную связь[2].
[1]. Положительная обратная связь — Wikipedia
[2]. Дидье Сорнетте «Как предсказывать крахи финансовых рынков»
Положительная обратная связь
Как мы видели, отрицательная обратная связь является невероятно полезным инструментом применительно к операционным усилителям. Она позволяет нам создавать все эти практические схемы с возможностью точно устанавливать коэффициенты усиления, скорости и другие значимые параметры с помощью всего лишь нескольких изменений номиналов резисторов. Отрицательная обратная связь делает все эти схемы стабильными и самокорректирующимися.
Основной принцип отрицательной обратной связи состоит в том, что выходной сигнал имеет тенденцию двигаться в направлении, которое создает условие равновесия (баланса). В схеме на операционном усилителе без обратной связи отсутствует корректирующий механизм, и выходное напряжение будет насыщаться при минимальной величине дифференциального напряжения, приложенного между входами. Результатом является компаратор.
С отрицательной обратной связью (выходное напряжение каким-то образом подается обратно на инвертирующий вход) схема имеет тенденцию препятствовать тому, чтобы выходное напряжение доходило до полного насыщения. Скорее выходное напряжение доходит до такого высокого или низкого значения, чтобы уравновешивать напряжения двух входов:
Отрицательная обратная связь
Независимо от того, будет ли выход соединен с инвертирующим (-) входом напрямую или через набор компонентов, эффект будет тем же: чрезвычайно высокий дифференциальный коэффициент усиления по напряжению операционного усилителя будет «приручен», и схема будет реагировать в соответствии с предписанием «петли» обратной связи, соединяющей выход с инвертирующим входом.
Другой тип обратной связи, а именно положительная обратная связь (ПОС), также находит применение в схемах на операционных усилителях. В отличие от отрицательной обратной связи, когда выходное напряжение подается обратно на инвертирующий (-) вход, при положительной обратной связи выходное напряжение каким-либо способом направляется обратно на неинвертирующий (+) вход. В простейшей форме мы могли бы подключить просто кусок провода от выхода до неинвертирующего входа и посмотреть, что произойдет:
Положительная обратная связь
Инвертирующий вход остается неподключенным к петле обратной связи и может принимать внешнее напряжение. Посмотрим, что произойдет, если соединим инвертирующий вход с землей:
Положительная обратная связь, инвертирующий вход соединен с землей
Когда инвертирующий вход соединен с землей (удерживается на нуле вольт), выходное напряжение будет определяться величиной и полярностью напряжения на неинвертирующем входе. Если это напряжение будет положительным, операционный усилитель будет так же выдавать положительное напряжение, подавая это положительное напряжение обратно на неинвертирующий вход, что приведет к полному положительному насыщению на выходе. С другой стороны, если напряжение на неинвертирующем входе отрицательно, на выходе операционного усилителя будет так же отрицательное напряжение, которое будет подаваться обратно на неинвертирующий вход, и в результате получится полное отрицательное насыщение.
Здесь мы имеем схему, выход которой бистабилен: стабилен в одном из двух состояний (насыщенное положительное или насыщенное отрицательное). Как только он достигнет одного из этих насыщенных состояний, он будет оставаться в этом состоянии неизменным. То, что необходимо для его переключения, – это напряжение, приложенное к инвертирующему (-) входу с той же полярностью, но немного большему по величине. Например, если наша схема насыщена при выходном напряжении +12 вольт, то для изменения выходного напряжения необходимо напряжение не менее +12 вольт на инвертирующем входе. Когда состояние на выходе изменится, то это будет полностью насыщенное отрицательное состояние.
Таким образом, операционный усилитель с положительной обратной связью имеет тенденцию оставаться в любом состоянии выхода, в котором он уже находится. Он «защелкивается» в одном из двух состояний, насыщенном положительном или насыщенном отрицательном. Технически это явление известно как гистерезис.
Гистерезис может быть полезным свойством для схемы компаратора. Как мы видели ранее, компараторы могут быть использованы для создания прямоугольного сигнала из сигнала любого типа (синусоидального, треугольного, пилообразного и т.д.). Если входной сигнал переменного тока является бесшумным (то есть «чистым» сигналом), простой компаратор будет работать нормально.
«Чистый» входной сигнал переменного напряжения создает предсказуемые точки перехода в выходном напряжении прямоугольной формы
Однако если имеются какие-либо аномалии в форме сигнала, такие как гармоники или «выбросы», которые вызывают значительное повышение и падение напряжения в течение одного периода, выход компаратора может переключать состояния неожиданно:
Реагирование компаратора на «грязную» синусоиду
Каждый раз, когда происходит переход через опорный уровень напряжения, независимо от того, насколько крошечный этот переход может быть, выход компаратора будет переключать состояние, создавая прямоугольный сигнал с «глюками».
Если мы добавим в схему компаратора небольшую положительную обратную связь, мы введем гистерезис в выходной сигнал. Этот гистерезис заставит выход оставаться в своем текущем состоянии, если только входное переменное напряжение не претерпит существенного изменения величины.
Введение положительной обратной связи в схему компаратора
То, что создает резистор обратной связи, является двумя опорными уровнями в схеме компаратора. Напряжение, подаваемое на неинвертирующий (+) вход в качестве опорного уровня, который сравнивается с входным переменным напряжением, изменяется в зависимости от значения выходного напряжения операционного усилителя. Когда выход операционного усилителя насыщен положительно, опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более положительным, чем ранее. С другой стороны, когда выход ОУ насыщен отрицательно, то опорное напряжение на неинвертирующем входе будет более отрицательным, чем ранее. Результат легче понять на графике:
Реагирование компаратора с положительной обратной связью на «грязную» синусоиду
Когда выход операционного усилителя насыщен положительно, действует верхнее опорное напряжение, и выходное напряжение не будет падать до отрицательного уровня насыщения, если входное напряжение не поднимется выше этого верхнего опорного уровня. С другой стороны, когда выход ОУ насыщен отрицательно, действует нижнее опорное напряжение, и выходное напряжение не поднимется до положительного уровня насыщения, если входное напряжение не упадет ниже этого нижнего опорного уровня. В результате получается чистый прямоугольный выходной сигнал, несмотря на значительное количество искажений входного сигнала переменного напряжения. Для того чтобы «выброс» вызвал переключение компаратора из одного состояния в другое, он должен быть, по крайней мере, столь же большим (высоким) как разность между верхним и нижним уровнями опорного напряжения и произойти в нужный момент времени, чтобы пересечь оба этих уровня.
Другим применением положительной обратной связи в схемах на операционных усилителях является построение схем генераторов. Генератор представляет собой устройство, которое создает переменное или, по меньшей мере, импульсное выходное напряжение. Технически он известен как нестабильное устройство: не имеет стабильного выходного состояния (нет какого-либо равновесия). Генераторы – это очень полезные устройства, и они легко реализуются с помощью простого операционного усилителя и нескольких внешних компонентов.
Схема генератора, использующая положительную обратную связь
Когда выход насыщен положительно, Vопор будет положительным, и конденсатор зарядится в положительном направлении. Когда Vнакл превышает Vопор на минимальную разницу, выход будет насыщен отрицательно, и конденсатор будет заряжаться в противоположном направлении (полярности). Колебание происходит, потому что положительная обратная связь мгновенна, а отрицательная обратная связь имеет задержку (с помощью постоянной времени RC цепи). Частоту этого генератора можно регулировать, изменяя размер любого компонента.
Положительная обратная связь
Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её умышленно используют в технике в ситуациях, когда требуется ускорение реакции на изменение внешних параметров.
В то же время положительная обратная связь может привести к неустойчивости системы. Для примера примем, что в контуре нет фазовых задержек. При этом если коэффициент усиления в петле положительной обратной связи (в разомкнутой системе, или разомкнутом контуре), больше 1 то в системе либо возникают автоколебания (это используется в различных автогенераторах), либо система перейдёт в одно из устойчивых, квазистационарных состояний (например, различные триггеры). При равенстве 1 коэффициента усиления в разомкнутом контуре система находится на грани самовозбуждения и случайно возникшие автоколебания либо медленно затухают, либо нарастают до ограничения. При коэффициенте усиления в разомкнутом контуре меньше 1 система устойчива.
Например, автогенератор на основе усилителя с мостом Вина в цепи положительной обратной связи является примером схемы с частотно-зависимой положительной обратной связью, причем для того, чтобы этот генератор генерировал синусоидальный сигнал с малыми искажениями, петлевое усиление в схеме поддерживается с помощью амплитудно-зависимой нелинейной отрицательной обратной связи точно равным 1.
Другой пример использования положительной обратной связи в триггере Шмитта Если цифровой логический элемент либо операционный усилитель охватить правильно выбранной положительной обратной связью, образуется схема с гистерезисом, называемая триггером Шмитта. Триггер Шмитта с интегрирующей RC-цепью на входе применяется для устранения дребезга контактов, повышения помехоустойчивости сигналов датчиков (или кабельных приёмников), устранения состояния «неопределённости» в каналах связи от влияния помех и др.
Положительная обратная связь присутствует в цепных химических реакциях, автокаталитических химических реакциях, цепных реакциях деления ядер тяжелых элементов в ядерном взрыве. При управляемой ядерной реакции в ядерных реакторах эффективный коэффициент размножения нейтронов (петлевой коэффициент усиления, в терминах авторегулирования) поддерживается равным 1 с помощью следящей системы регулирования положения поглощающих нейтроны стержней.
Нелинейная положительная обратная связь приводит к развитию в системе режима с обострением.