Sistem Kendali Umpan Balik Negatif

Umpan Balik Negatif yakni bentuk paling lazim dari konfigurasi kendali umpan balik yang digunakan dalam proses, komputer mikro dan tata cara amplifikasi.

Umpan balik yakni proses di mana sebagian kecil dari sinyal output, baik tegangan atau arus, digunakan selaku input. Jika fraksi umpan balik ini bertentangan dalam nilai atau fasa ("anti-fasa") dengan sinyal input, maka umpan balik dibilang Umpan Balik Negatif, atau umpan balik degeneratif.

Umpan balik negatif menentang atau meminimalisir dari sinyal input sehingga menampilkan banyak laba dalam desain dan stabilisasi tata cara kontrol. Misalnya, jikalau output tata cara berganti alasannya argumentasi apa pun, maka umpan balik negatif memengaruhi input sedemikian rupa untuk menghambat perubahan.

Umpan balik meminimalisir perolehan keseluruhan tata cara dengan tingkat penghematan yang terkait dengan gain Sistem Loop Terbuka. Umpan balik negatif juga mempunyai imbas meminimalisir distorsi, kebisingan, sensitivitas kepada pergantian eksternal serta memajukan bandwidth tata cara dan impedansi input dan output.

Umpan balik dalam tata cara elektronik, apakah umpan balik negatif atau umpan balik faktual bersifat unilateral. Artinya, sinyalnya cuma mengalir satu arah dari output ke input sistem. Ini kemudian menciptakan gain loop, G dari tata cara tidak tergantung pada beban dan impedansi sumber.

Karena umpan balik menyiratkan Sistem Loop Tertutup, balasannya mesti mempunyai titik penjumlahan. Dalam tata cara umpan balik negatif, titik penjumlahan atau persimpangan pada input ini meminimalisir sinyal umpan balik dari sinyal input untuk membentuk sinyal kesalahan, β yang menggerakkan sistem. Jika tata cara mempunyai gain positif, sinyal umpan balik mesti dikurangi dari sinyal input mudah-mudahan umpan balik menjadi negatif menyerupai yang ditunjukkan.

Rangkaian Umpan Balik Negatif

Rangkaian mewakili tata cara dengan gain positif, G dan umpan balik, β. Persilangan penjumlahan pada inputnya meminimalisir sinyal umpan balik dari sinyal input untuk membentuk sinyal kesalahan Vin - βG, yang menggerakkan sistem. Kemudian menggunakan rangkaian loop tertutup dasar di atas kita sanggup menemukan persamaan umpan balik lazim sebagai:

Persamaan Umpan Balik Negatif

Kami menyaksikan bahwa imbas dari umpan balik negatif yakni meminimalisir gain dengan faktor: 1 + βG. Faktor ini disebut "faktor umpan balik" atau "jumlah umpan balik" dan sering diputuskan dalam desibel (dB) oleh korelasi 20 log (1+ βG).

Pengaruh Umpan Balik Negatif

Jika loop terbuka naik, G sungguh besar, maka βG akan jauh lebih besar dari 1, sehingga keseluruhan gain tata cara kira-kira sama dengan 1/β. Jika gain loop terbuka menyusut alasannya frekuensi atau imbas dari penuaan sistem, asalkan βG masih relatif besar, gain tata cara secara keseluruhan tidak banyak berubah. Makara umpan balik negatif condong meminimalisir imbas pergantian gain, menampilkan apa yang biasanya disebut "gain stabilitas".

Contoh Umpan Balik Negatif No1

Suatu tata cara mempunyai gain 80dB tanpa umpan balik. Jika fraksi umpan balik negatif yakni 1/50. Hitung gain sistem loop tertutup dalam dB dengan penambahan umpan balik negatif.

Kemudian kita sanggup menyaksikan bahwa tata cara mempunyai gain loop 10.000 dan gain loop tertutup 34dB.

Contoh Umpan Balik Negatif No2

Jika sehabis 5 tahun, gain loop tata cara tanpa umpan balik negatif turun menjadi 60dB dan fraksi umpan balik tetap konstan pada 1/50. Hitung nilai gain loop tertutup gres dari sistem.

Kemudian kita sanggup menyaksikan dari dua rujukan bahwa tanpa umpan balik, sehabis 5 tahun penggunaan, gain tata cara turun dari 80dB menjadi 60dB, (10.000 sampai 1.000) penurunan gain loop terbuka sekitar 25%. Namun dengan penambahan umpan balik negatif, peningkatan tata cara cuma turun dari 34dB menjadi 33.5dB, penghematan kurang dari 1.5%, yang pertanda bahwa umpan balik negatif menampilkan stabilitas pelengkap pada perolehan sistem.

Oleh alasannya itu kita sanggup menyaksikan bahwa dengan menerapkan umpan balik negatif ke suatu tata cara sungguh meminimalisir gain keseluruhan ketimbang gain tanpa umpan balik. Gain tata cara tanpa umpan balik sanggup sungguh besar namun tidak sempurna alasannya sanggup berganti dari satu perangkat tata cara ke perangkat berikutnya, maka dimungkinkan untuk mendesain tata cara dengan gain loop terbuka yang cukup, sehabis umpan balik negatif ditambahkan, gain keseluruhan cocok dengan nilai yang diinginkan.

Juga, jikalau jaringan umpan balik dibangun dari elemen pasif yang mempunyai karakteristik stabil, gain keseluruhan menjadi sungguh stabil dan tidak terpengaruh oleh kombinasi dalam gain loop terbuka tata cara yang melekat.

Umpan Balik Negatif dalam Penguat Operasional (Op-amp)

Penguat Operasional (Op-amp) yakni jenis rangkaian terintegrasi linier yang paling lazim digunakan namun mereka mempunyai gain yang sungguh tinggi. Gain tegangan loop terbuka, A_VOL, dari patokan 741 Op-amp yakni gain tegangannya dikala tidak ada umpan balik negatif yang dipraktekkan dan gain tegangan loop terbuka dari suatu Op-amp yakni rasio tegangan outputnya, Vout, untuk tegangan input differensial, Vin, ( Vout/Vin ).

Nilai khas A_VOL untuk 741 Op-amp lebih dari 200.000 (106dB). Makara sinyal tegangan input cuma 1mV, akan menciptakan tegangan output lebih dari 200 volt! memaksa output secepatnya ke saturasi. Jelas gain tegangan loop terbuka yang tinggi ini perlu diatur dengan cara tertentu, dan kita sanggup melakukannya dengan menggunakan umpan balik negatif.

Penggunaan umpan balik negatif sanggup secara signifikan memajukan kinerja Op-amp dan setiap rangkaian Op-amp yang tidak menggunakan umpan balik negatif dianggap terlalu tidak stabil untuk berguna. Tetapi bagaimana kita sanggup menggunakan umpan balik negatif untuk mengontrol Op-amp. Pertimbangkan rangkaian di bawah dari Op-amp Non-inverting.

Rangkaian Op-amp Non-inverting

Contoh Umpan Balik Negatif No3

Penguat operasional (Op-amp) dengan gain tegangan loop terbuka, A_VOL dari 320.000 tanpa umpan balik mesti digunakan selaku penguat non-inverting. Hitung nilai resistansi umpan balik, R₁ dan R₂ yang diharapkan untuk menstabilkan rangkaian dengan gain loop tertutup 20.

Persamaan umpan balik loop tertutup lazim yang kami dapatkan di atas diberikan sebagai:

Dengan menertibkan ulang rumus umpan balik, kami mendapat fraksi umpan balik, β dari:

Kemudian menempatkan nilai-nilai: A = 320.000 dan G = 20, ke dalam persamaan di atas kita mendapat nilai β sebagai:

Karena dalam kasus ini gain loop terbuka Op-amp sungguh tinggi ( A = 320.000 ), fraksi umpan balik, β akan kira-kira sama dengan kebalikan dari gain loop-tertutup 1/G cuma selaku nilai 1/A akan menjadi sungguh kecil. Kemudian β (fraksi umpan balik) sama dengan 1/20 = 0,05.

Sebagai resistor, R₁ dan R₂ bentuk sederhana seri-tegangan berpeluang jaringan pembagi seluruh penguat non-inverting, loop tertutup gain tegangan dari rangkaian akan diputuskan oleh rasio resistansi ini sebagai:

Jika kita mengasumsikan resistor R₂ memiliki nilai 1,000Ω, atau 1kΩ, maka nilai resistor R₁ akan menjadi:

Kemudian untuk rangkaian penguat non-inverting akan mempunyai gain loop tertutup dari 20, nilai-nilai dari resistor umpan balik negatif diharapkan akan dalam kasus ini, R₁ = 19kΩ dan R₂ = 1kΩ, menampilkan kita penguat non-inverting rangkaian dari:

Rangkaian Op-amp Non-inverting

Ada banyak laba menggunakan umpan balik dalam desain sistem, namun laba utama menggunakan Umpan Balik Negatif dalam rangkaian penguat (amplifier) yakni sungguh memajukan stabilitasnya, toleransi yang lebih baik kepada kombinasi komponen, stabilisasi kepada arus DC serta peningkatan bandwidth penguat (amplifier).

Contoh umpan balik negatif di rangkaian penguat lazim tergolong FET dan resistor, R_E di penguat transistor bipolar (BJT).