पारंपरिक प्रणालियों की तुलना में फीडबैक प्रणाली के कई फायदे हैं। यह सर्किट के आउटपुट लाभ को बेहतर बनाने में मदद करता है और सर्किट की रैखिक प्रतिक्रिया को बढ़ाता है। यह मुख्य रूप से शोर संकेतों के कारण होने वाली सिग्नल विकृतियों की संभावना को भी कम करता है।
फीडबैक सिस्टम का उपयोग ज्यादातर एम्पलीफायर सर्किट, आउटपुट-आधारित नियंत्रण सिस्टम और ऑसिलेटर सर्किट में किया जाता है। फीडबैक सिस्टम दो प्रकार के होते हैं: सकारात्मक प्रतिक्रिया और नकारात्मक प्रतिक्रिया। यह आलेख बाद वाले प्रकार की प्रतिक्रिया पर अधिक ध्यान केंद्रित करेगा।
त्वरित रूपरेखा:
- इलेक्ट्रॉनिक्स में नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली क्या है?
- नकारात्मक प्रतिक्रिया सर्किट
- नकारात्मक प्रतिक्रिया स्थानांतरण फ़ंक्शन
- परिचालन एम्पलीफायरों में नकारात्मक प्रतिक्रिया
- उदाहरण 1
- उदाहरण 2
- उदाहरण 3
- सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणालियों के बीच अंतर
- नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली के अनुप्रयोग और गुण
- बैंडविड्थ पर नकारात्मक प्रतिक्रिया का प्रभाव
- निष्कर्ष
इलेक्ट्रॉनिक्स में नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली क्या है?
विद्युत सर्किट में नकारात्मक प्रतिक्रिया एक नियंत्रण तंत्र है जो विद्युत सर्किट संचालन को स्थिर और नियंत्रित करता है। एकीकृत नकारात्मक फीडबैक सिस्टम वाले सर्किट आउटपुट सिग्नल लेते हैं और इसे इनपुट के रूप में देते हैं चरण विरोध (उलटा) संकेत . यह फीडबैक प्रणाली आउटपुट सिग्नल में किसी भी विचलन या त्रुटि को कम करती है।
नकारात्मक प्रतिक्रिया को नकारात्मक प्रतिक्रिया भी कहा जाता है अपक्षयी प्रतिक्रिया . नकारात्मक फीडबैक में फीडबैक के रूप में आने वाले आउटपुट सिग्नल को इनपुट रेफरेंस सिग्नल से घटा दिया जाता है। आउटपुट के परिणामस्वरूप एक त्रुटि होती है जिसे कहा जाता है प्रतिक्रिया लाभ . घटाव के बाद उत्पन्न यह त्रुटि संकेत सिस्टम प्रतिक्रिया को तदनुसार संशोधित करेगा। यदि सिस्टम का लाभ सकारात्मक है, तो फीडबैक को नकारात्मक बनाए रखने के लिए आउटपुट से आने वाले फीडबैक सिग्नल को इनपुट संदर्भ सिग्नल से घटाया जाना चाहिए।
जब नकारात्मक प्रतिक्रिया होती है घटाया संदर्भ इनपुट से, यह सिस्टम को अधिक स्थिर बनाता है। मान लीजिए कि एक ऐसी प्रणाली है जो असामान्य व्यवहार दिखाती है - इस परिवर्तन का मुकाबला करने के लिए, सिस्टम एक आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करेगा। यह आउटपुट या फीडबैक सिग्नल इनपुट सिग्नल का प्रतिकार करता है - समग्र सिस्टम को कुशलतापूर्वक चलाने के लिए इनपुट को तदनुसार संशोधित करता है।
नकारात्मक प्रतिक्रिया सर्किट
नकारात्मक फीडबैक सर्किट को नीचे दी गई छवि में दिखाया गया है। यहां आप देख सकते हैं कि आउटपुट सिग्नल को फीडबैक के रूप में इनपुट साइड में वापस ले जाया गया है। इनपुट पक्ष पर, संदर्भ सिग्नल और फीडबैक सिग्नल अंतर के बीच अंतर उत्पन्न होता है, जो सिस्टम को आगे बढ़ाता है।
1. अवयव : सर्किट में दो मुख्य घटक होते हैं:
- G लाभ वाला एक एम्पलीफायर।
- फीडबैक कारक β के साथ एक फीडबैक लूप।
इनपुट सिग्नल V है में और एम्पलीफायर का आउटपुट V है बाहर .
2. समिंग जंक्शन : एम्पलीफायर के इनपुट पर, एक समिंग जंक्शन होता है (अक्सर अंदर एक ऋण चिह्न के साथ एक सर्कल द्वारा दर्शाया जाता है)। यह जंक्शन संदर्भ इनपुट से फीडबैक सिग्नल को घटा देगा। घटाया गया भाग फीडबैक कारक β और आउटपुट वाउट का उत्पाद है - इसलिए त्रुटि संकेत V है में - बी.वी बाहर .
3. फीडबैक लूप : यह त्रुटि संकेत (वी में - बी.वी बाहर ) वही है जो सिस्टम को चलाता है। यह वांछित इनपुट V के बीच अंतर का प्रतिनिधित्व करता है में और वास्तविक आउटपुट V बाहर फीडबैक कारक β द्वारा स्केल किया गया।
4. नकारात्मक प्रतिक्रिया : यहां मुख्य अवधारणा नकारात्मक प्रतिक्रिया है। जब आउटपुट वी बाहर इनपुट वी में किसी गड़बड़ी या परिवर्तन के कारण परिवर्तन में त्रुटि संकेत (विन - βV बाहर ) बनाया गया है। परिकलित त्रुटि संकेत को एम्पलीफायर द्वारा गेन जी के साथ प्रवर्धित किया जाएगा और वापस समिंग जंक्शन में फीड किया जाएगा। महत्वपूर्ण बात यह है कि यह फीडबैक नकारात्मक है क्योंकि इसे इनपुट से घटा दिया गया है।
- यदि वी बाहर बढ़ता है (यानी सिस्टम आउटपुट वांछित से अधिक हो जाता है) फीडबैक वी लाने वाली त्रुटि को कम करता है बाहर वांछित मान की ओर वापस जाएँ।
- यदि वी बाहर घट जाती है (यानी सिस्टम आउटपुट वांछित से कम हो जाता है) फीडबैक से वी ड्राइविंग में त्रुटि बढ़ जाती है बाहर वांछित मान की ओर वापस जाएं।
5. सामान्य प्रतिक्रिया समीकरण : इस प्रणाली के लिए सामान्य फीडबैक समीकरण आमतौर पर इस प्रकार व्यक्त किया जाता है
यह समीकरण आउटपुट V से संबंधित है बाहर एम्पलीफायर गेन जी के माध्यम से इनपुट विन और फीडबैक फैक्टर β तक। यह दिखाता है कि सिस्टम वांछित इनपुट से मेल खाने के लिए आउटपुट को विनियमित और नियंत्रित करने के लिए नकारात्मक फीडबैक का उपयोग कैसे करता है।
नकारात्मक प्रतिक्रिया स्थानांतरण फ़ंक्शन
ट्रांसफर फ़ंक्शन एक समीकरण को परिभाषित करता है जो इनपुट और आउटपुट दोनों के बीच संबंध का प्रतिनिधित्व करता है। यह हमें बताता है कि इनपुट में परिवर्तन आउटपुट को कैसे प्रभावित करते हैं। नकारात्मक प्रतिक्रिया में, हमारे पास Z द्वारा दर्शाया गया एक मध्यवर्ती संकेत है। यह मध्यवर्ती संकेत आउटपुट और इनपुट के बीच अंतर का प्रतिनिधित्व करता है।
के लिए स्थानांतरण प्रकार्य नकारात्मक प्रतिक्रिया के समीकरण, Z का उपयोग सिस्टम को आउटपुट के वांछित मूल्य के करीब लाने के लिए आवश्यक त्रुटि संकेत या सुधार की गणना करने के लिए किया जाता है।
निम्नलिखित ब्लॉक आरेख नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली को दर्शाता है। इस आरेख का उपयोग करके, हम नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली के लिए स्थानांतरण फ़ंक्शन की गणना कर सकते हैं:
नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली का आउटपुट Y(s) के बराबर है:
परिचालन एम्पलीफायरों में नकारात्मक प्रतिक्रिया
नकारात्मक फीडबैक कॉन्फ़िगरेशन में, ऑप-एम्प के आउटपुट (V) का एक हिस्सा इनपुट इनवर्टिंग (-) टर्मिनल को दिया जाता है। यह आउटपुट सिग्नल इनपुट संदर्भ से घटा दिया जाएगा। यह एम्पलीफायर के लाभ को नियंत्रित और स्थिर करने में मदद करता है।
ऑप-एम्प सर्किट में नकारात्मक फीडबैक का उपयोग करके, आप सिस्टम की स्थिरता को बनाए रखते हुए वांछित लाभ स्तर निर्धारित कर सकते हैं। नकारात्मक प्रतिक्रिया ऑप-एम्प की विशेषताओं में गैर-रैखिकता को कम करती है, जिससे यह आदर्श व्यवहार के करीब काम करता है।
एक नकारात्मक फीडबैक ऑपरेशनल एम्पलीफायर (ऑप-एम्प) सर्किट को केंद्रीय घटक के रूप में एक ऑप-एम्प का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया है। एक ऑप-एम्प में दो इनपुट होते हैं: एक इनवर्टिंग (-) है, और दूसरा नॉन-इनवर्टिंग (+) है। इसमें एक आउटपुट टर्मिनल है. नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली के लिए, हम ऑप-एम्प्स के उलटे पक्ष का उपयोग करेंगे।
इस सर्किट में आम तौर पर शामिल हैं:
- इनपुट रेसिस्टर (रिन) एकल स्रोत को ऑप-एम्प के इनवर्टिंग (-) इनपुट से जोड़ता है।
- एक फीडबैक रेसिस्टर (आरएफ) जो ऑप-एम्प के आउटपुट को इनवर्टिंग (-) इनपुट से जोड़ता है।
- ऑप-एम्प के आउटपुट पर लोड से कनेक्शन।
आप आरएफ से रिन अनुपात का उपयोग करके लाभ पा सकते हैं। यह नकारात्मक प्रतिक्रिया ऑप-एम्प के व्यवहार को स्थिर और नियंत्रित करती है। यह दो इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग इनपुट के बीच वोल्टेज के अंतर को कम करके काम करता है। यह उनके बीच एक वर्चुअल शॉर्ट सर्किट बनाता है। परिणामस्वरूप, ऑप-एम्प इस संतुलन को बनाए रखने के लिए अपने आउटपुट वोल्टेज को समायोजित करता है - जिससे यह नियंत्रित लाभ के साथ एक प्रभावी एम्पलीफायर बन जाता है।
उदाहरण 1: बंद लूप लाभ की गणना
एक सिस्टम में फीडबैक के बिना 60 डीबी का लाभ होता है। नकारात्मक फीडबैक अंश 1/20वां है, नकारात्मक फीडबैक को जोड़ने के साथ बंद लूप लाभ (डीबी में) ज्ञात करें।
समाधान:
नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ बंद-लूप लाभ सूत्र द्वारा दिया गया है:
इस मामले में, ओपन-लूप लाभ 60 डीबी है, और फीडबैक अंश 1/20 है।
तो, 1/20 के फीडबैक अंश के साथ, सिस्टम का बंद-लूप लाभ 86.02 डीबी होगा।
उदाहरण 2: वोल्टेज लाभ की गणना
यदि किसी एम्पलीफायर में शुरू में 3000 (प्रतिक्रिया के बिना) का वोल्टेज लाभ होता है और फिर एमवी = 0.01 के फीडबैक अंश के साथ एक नकारात्मक वोल्टेज प्रतिक्रिया शामिल होती है। एम्प्लीफायर का नया वोल्टेज लाभ क्या होगा?
समाधान :
आप नकारात्मक वोल्टेज फीडबैक वाले एम्पलीफायर के लिए वोल्टेज लाभ के सूत्र का उपयोग कर सकते हैं - एम्पलीफायर के वोल्टेज लाभ की गणना करने के लिए:
उपरोक्त सूत्र में:
ए एफ = प्रतिक्रिया के साथ वोल्टेज लाभ
ए = प्रतिक्रिया के बिना वोल्टेज लाभ
एमवी = प्रतिक्रिया अंश
हम यहाँ है:
फीडबैक के बिना वोल्टेज बढ़ना (ए) = 3000
प्रतिक्रिया अंश (एमवी) = 0.01
अब, इन मानों को सूत्र में डालें:
तो, नकारात्मक वोल्टेज फीडबैक के साथ एम्पलीफायर का वोल्टेज लाभ लगभग 96.77 है।
उदाहरण 3: फीडबैक प्रतिरोधों की गणना
फीडबैक प्रतिरोधों, आर के लिए उचित मान निर्धारित करें 1 और आर 2 . आपको 220,000 के ओपन-लूप वोल्टेज गेन (एवीओएल) के साथ एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर का उपयोग करके एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर सर्किट को स्थिर करना होगा। आपका लक्षित बंद-लूप लाभ 40 है।
समाधान :
एक सामान्य बंद-लूप फीडबैक समीकरण है:
फीडबैक अंश β प्राप्त करने के लिए, उपरोक्त समीकरण को पुनर्व्यवस्थित करें:
इस मामले में, ओपन लूप का लाभ बहुत अधिक है। तो, फीडबैक अंश β लगभग बंद-लूप लाभ 1/जी के व्युत्क्रम के बराबर होगा। चूंकि 1/ए का मान बहुत छोटा है, लगभग (0.025) के बराबर है।
उपरोक्त कॉन्फ़िगरेशन में प्रतिरोधक R1 और R2 श्रृंखला-वोल्टेज संभावित विभाजक सर्किट बनाते हैं। आप बंद-लूप वोल्टेज लाभ इस प्रकार पा सकते हैं:
आइए R2 का मान 1000 Ω (1 kΩ) मानें। फिर R का मान 1 के रूप में लिखा जा सकता है
तो, 40 के लाभ के साथ गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर सर्किट के लिए, आपको आर का चयन करने की आवश्यकता है 1 39 kΩ और R का 2 1 kΩ का.
सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणालियों के बीच अंतर
आप नीचे दी गई तालिका में सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणालियों के बीच अंतर पा सकते हैं:
| फीडबैक प्रकार में अंतर | सकारात्मक प्रतिक्रिया | नकारात्मक प्रतिपुष्टि |
|---|---|---|
| परिभाषा | इस फीडबैक में संदर्भ फीडबैक और इनपुट सिग्नल जोड़े जाते हैं। | इस प्रकार में, आउटपुट फीडबैक को संदर्भ इनपुट से घटा दिया जाता है। |
| नामपद्धति | सकारात्मक प्रतिक्रिया या पुनर्योजी प्रतिक्रिया। | नकारात्मक प्रतिक्रिया या अपक्षयी प्रतिक्रिया। |
| उद्देश्य | किसी सिग्नल को बढ़ाना या बढ़ाना। | किसी सिग्नल को स्थिर या नियंत्रित करता है। |
| सिस्टम पर प्रभाव | अप्रत्याशित व्यवहार और उतार-चढ़ाव को जन्म दे सकता है। | पूर्वानुमेयता और स्थिर-अवस्था संचालन को बढ़ावा देता है। |
| दिशा प्राप्त करें | सिस्टम लाभ बढ़ाता है. | सिस्टम का लाभ कम कर देता है. |
| प्रयोग | ऑडियो एम्पलीफायर, और विश्राम ऑसिलेटर। | ऑपरेशनल एम्पलीफायर्स (ऑप-एम्प्स), फीडबैक कंट्रोल सिस्टम। |
| स्थिरता | अक्सर अस्थिरता की ओर ले जाता है. | सिस्टम स्थिरता में सुधार करता है। |
| उदाहरण के लिए | श्मिट ट्रिगर्स और फ्लिप-फ्लॉप। | वोल्टेज एम्पलीफायर, और तापमान नियंत्रक। |
नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली के अनुप्रयोग और गुण
सामान्य इलेक्ट्रॉनिक्स में नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणालियों के कई अनुप्रयोग हैं। इन प्रणालियों ने सिस्टम अस्थिरता, सिस्टम की रैखिकता, आवृत्ति प्रतिक्रिया और चरण प्रतिक्रिया में सुधार किया। नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणालियों के इन लाभों के कारण, इलेक्ट्रॉनिक्स में कई एम्पलीफायर सर्किट में नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली होती है।
नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणालियों के कुछ विस्तृत विवरण नीचे दिए गए हैं:
स्थिरता : एक नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली वांछित बिंदु से विचलन को कम करती है, जिसके परिणामस्वरूप एक अधिक स्थिर प्रणाली बनती है। उदाहरण के लिए, एक थर्मोस्टेट यह सुनिश्चित करता है कि तापमान चुने हुए मान के करीब बना रहे।
सटीकता: नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली त्रुटियों को कम करके सिस्टम सटीकता में सुधार करती है। एक एम्पलीफायर सर्किट में, नकारात्मक प्रतिक्रिया विरूपण को कम करती है और आउटपुट पर अधिक स्थिर सिग्नल उत्पन्न करती है।
बैंडविड्थ नियंत्रण : आप नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली की सहायता से एम्पलीफायर की बैंडविड्थ को भी नियंत्रित कर सकते हैं। यह उन्हें कई अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है। इन अनुप्रयोगों में ऑडियो प्रवर्धन से लेकर रेडियो फ्रीक्वेंसी प्रवर्धन तक शामिल हैं।
शोर में कमी : नकारात्मक प्रतिक्रिया अवांछित शोर और हस्तक्षेप को कम कर सकती है। ऑडियो सिस्टम और संचार उपकरणों के क्षेत्र में शोर में कमी के कई अनुप्रयोग हैं।
गतिशील प्रतिक्रिया : नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणालियों में गतिशील प्रतिक्रिया क्षमता होती है। ये प्रणालियाँ दी गई स्थितियों के अनुसार समायोजित हो सकती हैं। गतिशील प्रतिक्रिया के एक उदाहरण में कार क्रूज़ नियंत्रण प्रणाली शामिल है।
बैंडविड्थ पर नकारात्मक प्रतिक्रिया का प्रभाव
बैंडविड्थ निरंतर लाभ वाले एम्पलीफायर के लिए ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज की व्याख्या करता है। उच्च बैंडविड्थ वाले सिस्टम का मतलब है कि एम्पलीफायर अधिक आवृत्तियों को संभाल सकता है। नकारात्मक फीडबैक इनपुट पक्ष पर आउटपुट देकर एम्पलीफायर लाभ को कम कर देता है। इससे सिस्टम स्थिरता और रैखिकता में सुधार होता है, लेकिन परिणामस्वरूप, सिस्टम लाभ भी कम हो जाता है।
बैंडविड्थ पर नकारात्मक प्रतिक्रिया का प्रभाव लागू फीडबैक के प्रकार और मात्रा पर निर्भर करता है। आम तौर पर, नकारात्मक प्रतिक्रिया सिस्टम लाभ को कम करके बैंडविड्थ को बढ़ाती है। लाभ बैंडविड्थ उत्पाद, जो एक एम्पलीफायर के प्रदर्शन का माप है, प्रतिक्रिया की परवाह किए बिना स्थिर रहता है।
उदाहरण के लिए , 100 और 10 kHz बैंडविड्थ के लाभ वाले फीडबैक के बिना एक एम्पलीफायर सर्किट पर विचार करें। लाभ को 10 तक कम करने के लिए नकारात्मक प्रतिक्रिया लागू करना। इससे बैंडविड्थ 100 किलोहर्ट्ज़ तक बढ़ जाएगी। दोनों मामलों में लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद अभी भी 100 × 10 kHz = 1 मेगाहर्ट्ज है।
हालाँकि, नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर की कटऑफ आवृत्तियों को भी प्रभावित करती है। ये वे आवृत्तियाँ हैं जहां सिस्टम का लाभ अधिकतम मूल्य से कम हो जाता है। नकारात्मक प्रतिक्रिया कटऑफ़ आवृत्ति को कम करती है और ऊपरी कटऑफ़ आवृत्ति को बढ़ाती है। इसके परिणामस्वरूप एम्पलीफायर का आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र चौड़ा हो जाएगा। बैंडविड्थ पर नकारात्मक प्रतिक्रिया का शुद्ध प्रभाव बैंडविड्थ के बदले लाभ का व्यापार करना है।
इसका मतलब यह है कि नकारात्मक प्रतिक्रिया लागू करने से आवृत्तियों की सीमा बढ़ जाएगी जिसे एक एम्पलीफायर संभाल सकता है। लेकिन यह सब इसके प्रवर्धन कारक को कम करने की कीमत पर आता है।
निष्कर्ष
एक नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली इनपुट पक्ष पर आउटपुट के एक हिस्से की सेवा करके आउटपुट को नियंत्रित या समायोजित कर सकती है। यह फीडबैक एक त्रुटि संकेत उत्पन्न करता है, जो आपको अधिक स्थिर प्रणाली देगा। यह त्रुटि संकेत गतिशील है और संपूर्ण सिस्टम को संचालित करता है। एक नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रणाली सिस्टम सटीकता में सुधार कर सकती है और बैंडविड्थ को भी नियंत्रित कर सकती है। इस फीडबैक प्रणाली का उपयोग एम्पलीफायर सर्किट जैसे शोर रद्दीकरण या कार क्रूज़ नियंत्रण प्रणाली में किया जाता है। इस आलेख में नकारात्मक प्रतिक्रिया के विस्तृत विवरण के बारे में और पढ़ें।