Rangkaian kendali umpan balik analog sederhana sanggup dibangun menggunakan komponen perorangan atau diskrit, menyerupai IC - Integrated Circuit) berbasis mikroprosesor dan terintegrasi untuk membentuk metode umpan balik digital yang lebih kompleks.
Seperti yang sudah kita lihat sebelumnya, Sistem Kontrol Loop Terbuka, ujung terbuka, dan tidak ada upaya yang dilaksanakan untuk mengkompensasi pergantian dalam kondisi rangkaian atau pergantian kondisi beban alasannya kombinasi dalam parameter rangkaian, menyerupai gain dan stabilitas, suhu, tegangan supply kombinasi dan/atau gangguan eksternal. Tetapi imbas dari kombinasi "loop terbuka" ini sanggup dihilangkan atau setidaknya dikurangi dengan diperkenalkannya Umpan Balik (feedback).
Sistem umpan balik yakni metode di mana sinyal output ditandai dan kemudian diumpankan kembali ke input untuk membentuk sinyal kesalahan yang menggerakkan sistem. Dalam panduan sebelumnya tentang Sistem Kontrol Loop Tertutup, kami menyaksikan bahwa secara umum, umpan balik berisikan sub-rangkaian yang memungkinkan sebagian kecil dari sinyal output dari metode untuk memodifikasi sinyal input efektif sedemikian rupa sehingga menciptakan respons yang sanggup berlawanan secara substansial dari respons yang dihasilkan tanpa adanya umpan balik tersebut.
Sistem Umpan Balik sungguh mempunyai faedah dan banyak dipakai dalam rangkaian Penguat (amplifier), Osilator, Sistem kendali proses, serta jenis metode elektronik lainnya. Tetapi biar umpan balik menjadi alat yang efektif, umpan balik mesti diatur alasannya metode yang tidak terkontrol akan berosilasi atau gagal berfungsi. Model dasar dari metode umpan balik diberikan sebagai:
Blok Diagram Sistem Kontrol Umpan Balik
Loop umpan balik dasar penginderaan/sensor, pengendalian, dan aktuasi ini yakni rancangan utama di balik metode kendali umpan balik dan ada beberapa argumentasi mengapa umpan balik dipraktekkan dan dipakai dalam rangkaian elektronik:
- Karakteristik rangkaian menyerupai gain dan respons metode sanggup diatur dengan tepat.
- Karakteristik rangkaian sanggup dibentuk independen dari kondisi operasi menyerupai tegangan supply atau kombinasi suhu.
- Distorsi sinyal alasannya sifat non-linier dari komponen yang dipakai sanggup sungguh dikurangi.
- Respons Frekuensi, Gain, dan Bandwidth dari rangkaian atau metode sanggup dengan mudah diatur dalam batas yang ketat.
Sistem Umpan Balik Positif
Dalam “sistem kendali umpan balik positif”, titik setel dan nilai output disertakan bareng oleh pengontrol alasannya umpan baliknya “in-phase” dengan input. Efek dari umpan balik positif (atau regeneratif) yakni untuk "meningkatkan" perolehan sistem, yaitu, gain keseluruhan dengan umpan balik positif yang dipraktekkan akan lebih besar ketimbang gain tanpa umpan balik. Misalnya, jika seseorang memuji Anda atau memberi Anda umpan balik positif tentang sesuatu, Anda merasa senang tentang diri sendiri dan sarat energi, Anda merasa lebih positif.Namun, dalam metode elektronik dan kendali untuk banyak kebanggaan dan umpan balik positif sanggup mengembangkan gain metode terlampau banyak yang mau menyebabkan respons rangkaian osilasi alasannya mengembangkan besarnya sinyal input yang efektif.
Contoh metode umpan balik positif sanggup berupa Penguat (amplifier) Elektronik menurut Penguat Operasional (Op-amp) menyerupai yang ditunjukkan.
Rangkaian Sistem Umpan Balik (feedback) Positif
Kontrol umpan balik positif dari Op-amp diraih dengan menerapkan sebagian kecil dari sinyal tegangan output pada Vout kembali ke non-inverting ( + ) terminal input lewat resistor umpan balik, RF. Jika tegangan input Vin positif, Op-amp menguatkan sinyal positif ini dan alhasil menjadi lebih positif. Beberapa tegangan output ini dikembalikan ke input oleh jaringan umpan balik.
Dengan demikian tegangan input menjadi lebih positif, menyebabkan tegangan output yang lebih besar dan seterusnya. Akhirnya output menjadi bosan pada rel supply positif. Demikian juga, jika tegangan input Vin negatif, kebalikannya terjadi dan Op-amp bosan pada rel supply negatifnya. Kemudian kita sanggup menyaksikan bahwa umpan balik positif tidak memungkinkan rangkaian berfungsi selaku penguat alasannya tegangan output cepat bosan ke satu rel supply atau yang lain, alasannya dengan loop umpan balik positif "lebih banyak mengarah ke lebih banyak" dan "lebih sedikit mengarah ke lebih sedikit".
Kemudian jika gain loop positif untuk setiap sistem, fungsi transfernya adalah: Av = G/(1 - GH). Perhatikan bahwa jika GH = 1 metode mendapatkan Av = tak terhingga dan rangkaian akan mulai berosilasi sendiri, sehabis itu tidak ada sinyal input yang diharapkan untuk menjaga osilasi, yang mempunyai faedah jika Anda ingin menciptakan osilator.
Meskipun sering dianggap tidak diinginkan, sikap ini dipakai dalam elektronik untuk mendapat respons switching yang sungguh cepat kepada sebuah kondisi atau sinyal. Salah satu pola penggunaan umpan balik positif yakni histerisis di mana perangkat kebijaksanaan atau metode menjaga kondisi tertentu hingga beberapa input melalui ambang batas yang sudah ditetapkan. Jenis sikap ini disebut "bi-stabil" dan sering dikaitkan dengan Multivibrator.
Kita sudah menyaksikan bahwa umpan balik positif atau regeneratif mengembangkan perolehan dan kemungkinan ketidakstabilan dalam sebuah metode yang sanggup mengarah pada osilasi-mandiri dan oleh alasannya itu, umpan balik positif banyak dipakai dalam rangkaian osilasi menyerupai Timing.
Sistem Umpan Balik Negatif
Dalam “sistem kendali umpan balik negatif”, titik setel dan nilai output dikurangkan satu sama lain alasannya umpan balik “keluar fasa” dengan input asli. Efek dari umpan balik negatif (atau degeneratif) yakni untuk "mengurangi" gain. Misalnya, jika seseorang mengkritik Anda atau memberi Anda umpan balik negatif tentang sesuatu, Anda merasa membenci tentang diri sendiri dan alasannya itu kurang energi, Anda merasa kurang positif.Karena umpan balik negatif menciptakan respons rangkaian yang stabil, mengembangkan stabilitas, dan mengembangkan bandwidth operasi metode yang diberikan, sebagian besar dari semua metode kendali dan umpan balik bersifat degeneratif sehingga menghemat imbas dari perolehan.
Contoh dari metode umpan balik negatif yakni penguat elektronik menurut Op-amp menyerupai yang ditunjukkan.
Rangkaian Sistem Kontrol Umpan Balik Negatif
Kontrol umpan balik negatif dari penguat diraih dengan menerapkan sebagian kecil dari sinyal tegangan output pada Vout kembali ke terminal input pembalik ( - ) lewat resistor umpan balik, Rf.
Jika tegangan input Vin positif, Op-amp memperkuat sinyal positif ini, namun alasannya terhubung ke input pembalik Op-amp, dan output menjadi lebih negatif. Beberapa tegangan output ini dikembalikan ke input oleh jaringan umpan balik Rf. Dengan demikian tegangan input dikurangi oleh sinyal umpan balik negatif, menyebabkan tegangan output yang lebih kecil dan seterusnya. Akhirnya output akan menetap dan menjadi stabil pada nilai yang diputuskan oleh rasio gain Rf ÷ Rin.
Juga, jika tegangan input Vin negatif, kebalikannya terjadi dan output Op-amp menjadi positif (terbalik) yang memperbesar sinyal input negatif. Kemudian kita sanggup menyaksikan bahwa umpan balik negatif memungkinkan rangkaian berfungsi selaku penguat, selama output berada dalam batas saturasi.
Kaprikornus kita sanggup menyaksikan bahwa tegangan output distabilkan dan dikendalikan oleh umpan balik, alasannya dengan loop umpan balik negatif "lebih banyak mengarah ke lebih sedikit" dan "lebih sedikit mengarah ke lebih banyak". Kemudian jika gain loop positif untuk metode apa pun, fungsi transfernya adalah: Av = G/(1 + GH).
Penggunaan umpan balik negatif dalam metode penguat dan kendali proses tersebar luas alasannya umumnya metode umpan balik negatif lebih stabil ketimbang metode umpan balik positif, dan metode umpan balik negatif dibilang stabil jika tidak terombang-ambing dengan sendirinya pada frekuensi apa pun kecuali untuk kondisi rangkaian yang diberikan.
Keuntungan lain yakni umpan balik negatif juga menciptakan metode kendali lebih kebal kepada kombinasi acak dalam nilai komponen dan input. Tentu saja tidak ada yang bebas, jadi itu mesti dipakai dengan hati-hati alasannya umpan balik negatif secara signifikan merubah karakteristik operasi metode yang diberikan.
Klasifikasi Sistem Umpan Balik
Sejauh ini kita sudah menyaksikan cara di mana sinyal output "diumpankan" ke terminal input, dan untuk metode umpan balik ini sanggup berupa, Umpan Balik Positif atau Umpan Balik Negatif. Tetapi cara di mana sinyal output diukur dan dimasukkan ke dalam rangkaian input sanggup sungguh berlawanan yang mengarah ke empat penjabaran dasar umpan balik.Berdasarkan kuantitas input yang sedang diamplifikasi, dan pada kondisi output yang diinginkan, variabel input dan output sanggup dimodelkan selaku tegangan atau arus. Akibatnya, ada empat penjabaran dasar metode umpan balik satu-loop di mana sinyal output diumpankan kembali ke input dan ini adalah:
- Konfigurasi Seri-Shunt - Tegangan in dan Tegangan out atau Sumber Tegangan Terkendali Tegangan (VCVS).
- Konfigurasi Shunt-Shunt - Arus in dan Tegangan out atau Sumber Tegangan Terkendali Arus (CCVS).
- Konfigurasi Seri-Seri - Tegangan in dan Arus out atau Sumber Arus Terkendali Tegangan (VCCS).
- Konfigurasi Shunt-Seri - Arus in dan Arus out atau Sumber Arus Terkendali Arus (CCCS).
Sistem Umpan Balik Seri-Shunt
Umpan Balik Seri-Shunt, juga dimengerti selaku umpan balik tegangan seri, beroperasi selaku metode umpan balik yang diatur tegangan-tegangan. Kesalahan tegangan diumpankan kembali dari jaringan umpan balik yakni seri dengan input. Tegangan yang diumpankan kembali dari output seimbang dengan tegangan output, Vo alasannya paralel, atau terhubung shunt.Rangkaian Sistem Umpan Balik Seri-Shunt
Untuk koneksi seri-shunt, konfigurasi didefinisikan selaku tegangan output, Vout ke tegangan input, Vin. Sebagian besar rangkaian Penguat Operasional (Op-amp) inverting dan Penguat Operasional (Op-amp) non-inverting beroperasi dengan umpan balik seri-shunt menciptakan apa yang dimengerti selaku "penguat tegangan". Sebagai penguat tegangan resistansi input ideal, Rin sungguh besar, dan resistansi output ideal, Rout sungguh kecil.
Kemudian "konfigurasi umpan balik seri-shunt" berfungsi selaku penguat tegangan sejati alasannya sinyal input yakni tegangan dan sinyal output yakni tegangan, sehingga gain transfer diberikan sebagai: Av = Vout ÷ Vin. Perhatikan bahwa kuantitas ini tidak berdimensi alasannya unitnya yakni volt/volt.
Sistem Umpan Balik Shunt-Seri
Umpan Balik Shunt-Seri, juga dimengerti selaku umpan balik shunt arus, beroperasi selaku metode umpan balik terkontrol arus. Sinyal umpan balik seimbang dengan arus output, Io mengalir dalam beban. Sinyal umpan balik diumpankan secara paralel atau dilangsir dengan input menyerupai yang ditunjukkan.Rangkaian Sistem Umpan Balik Shunt-Seri
Untuk koneksi shunt-seri, konfigurasi didefinisikan selaku arus output, sesuai dengan arus input, Iin. Dalam konfigurasi umpan balik seri-shunt, sinyal umpan balik paralel dengan sinyal input dan dengan demikian arusnya, bukan tegangan yang ditambahkan.
Koneksi umpan balik paralel shunt ini umumnya tidak akan mempengaruhi gain tegangan sistem, alasannya untuk output tegangan diharapkan input tegangan. Juga, koneksi seri pada output mengembangkan resistansi output, Rout sedangkan koneksi shunt pada input menghemat resistansi input, Rin.
Kemudian "konfigurasi umpan balik shunt-seri" berfungsi selaku penguat arus positif alasannya sinyal input yakni arus dan sinyal output yakni arus, sehingga gain transfer diberikan sebagai: Ai = Iout ÷ Iin. Perhatikan bahwa kuantitas ini tidak berdimensi alasannya unitnya yakni ampere/ampere.
Sistem Umpan Balik Seri-Seri
Sistem Umpan Balik Seri-Seri, juga dimengerti selaku umpan balik arus seri, beroperasi selaku metode umpan balik terkontrol tegangan-arus. Dalam konfigurasi arus seri sinyal kesalahan umpan balik dalam seri dengan input dan seimbang dengan arus beban, Iout. Sebenarnya, jenis umpan balik ini merubah sinyal arus menjadi tegangan yang bahwasanya diumpankan kembali dan tegangan inilah yang dikurangi dari input.Rangkaian Sistem Umpan Balik Seri-Seri
Untuk koneksi seri-seri, konfigurasi didefinisikan selaku arus output, menyerupai tegangan input, Vin. Karena arus output, Iout dari koneksi seri diumpankan kembali selaku tegangan, ini mengembangkan baik impedansi input dan output sistem. Oleh alasannya itu, rangkaian berfungsi paling baik selaku penguat transkonduktansi dengan resistansi input ideal, Rin menjadi sungguh besar, dan resistansi output ideal, Rout juga sungguh besar.
Kemudian "konfigurasi umpan balik seri-seri" berfungsi selaku metode penguat tipe transkonduktansi alasannya sinyal input yakni tegangan dan sinyal output yakni arus. kemudian untuk rangkaian umpan balik seri-seri, gain transfer diberikan sebagai: Gm = Iout ÷ Vin.
Sistem Umpan Balik Shunt-Shunt
Sistem Umpan Balik Shunt-Shunt, juga dimengerti selaku umpan balik tegangan shunt, beroperasi selaku metode umpan balik terkontrol tegangan-arus. Dalam konfigurasi umpan balik shunt-shunt, sinyal umpan balik paralel dengan sinyal input. Tegangan output dicicipi dan arus dikurangi dari arus input dalam shunt, dan dengan demikian arusnya, bukan tegangan yang mengurangi.Rangkaian Sistem Umpan Balik Shunt-Shunt
Untuk koneksi shunt-shunt, konfigurasi didefinisikan selaku tegangan output, Vout ke arus input, Iin. Karena tegangan output diumpankan kembali selaku arus ke port input yang digerakkan oleh arus, koneksi shunt pada terminal input dan output menghemat impedansi input dan output. oleh alasannya itu metode melakukan pekerjaan paling baik selaku metode transresistansi dengan resistansi input ideal, Rin sungguh kecil, dan resistansi output ideal, Rout juga menjadi sungguh kecil.
Kemudian konfigurasi tegangan shunt berfungsi selaku penguat tegangan tipe transresistansi alasannya sinyal input yakni arus dan sinyal output yakni tegangan, sehingga gain transfer diberikan sebagai: Rm = Vout ÷ Iin.
Ringkasan Sistem Umpan Balik
Kita sudah menyaksikan bahwa Sistem Umpan Balik yakni metode di mana sinyal output ditandai dan kemudian diumpankan kembali ke input untuk membentuk sinyal kesalahan yang menggerakkan sistem, dan tergantung pada jenis umpan balik yang digunakan, sinyal umpan balik yang diaduk dengan sinyal input sistem, sanggup berupa tegangan atau arus.Umpan balik akan senantiasa merubah kinerja sebuah metode dan pengaturan umpan balik sanggup berupa metode umpan balik tipe positif (regeneratif) atau negatif (degeneratif). Jika loop umpan balik di sekeliling metode menciptakan loop-gain yang negatif, umpan balik dibilang negatif atau degeneratif dengan imbas utama umpan balik negatif yakni dalam menghemat gain sistem.
Namun jika gain di sekeliling loop positif, metode dibilang memiliki umpan balik positif atau umpan balik regeneratif. Efek umpan balik positif yakni untuk mengembangkan gain yang sanggup menyebabkan metode menjadi tidak stabil dan terombang-ambing khususnya jika GH = -1.
Kami juga sudah menyaksikan bahwa diagram blok sanggup dipakai untuk menyediakan banyak sekali jenis metode umpan balik. Dalam diagram blok di atas, variabel input dan output sanggup dimodelkan selaku tegangan atau arus dan dengan demikian ada empat kombinasi input dan output yang mewakili kemungkinan jenis umpan balik, yaitu: Umpan Balik Tegangan Seri, Umpan Balik Tegangan Shunt, Umpan Balik Arus Seri dan Umpan Balik Arus Shunt.
Nama-nama untuk banyak sekali jenis metode umpan balik ini berasal dari cara jaringan umpan balik menghubungkan antara tahap input dan output baik secara paralel (shunt) atau seri.
Dalam panduan berikutnya tentang Sistem Elektronik, kita akan menyaksikan imbas dari Umpan Balik Negatif pada sebuah metode dan menyaksikan bagaimana itu sanggup dipakai untuk mengembangkan stabilitas metode kontrol.
){kind=link}