Негативний зворотний зв'язок
Негативний зворотний зв'язок (НЗЗ) — тип зворотного зв'язку, при якому вихідний сигнал передається назад на вхід для погашення частини вхідного сигналу[1].
Негативний зворотний зв'язок робить систему стійкішою до випадкової зміни параметрів.
Негативний зворотний зв'язок широко застосовується в машинобудуванні та радіоелектроніці, а також у живих організмах[2][3]. Його можна зустріти в різноманітних галузях — від хімії та економіки до фізичних систем, зокрема таких, як клімат. Методи математичного аналізу систем, зокрема, з негативним зворотнім зв'язком, детально розглядаються теорією автоматичного управління.
Побутовий приклад ред.
Одним з найпростіших прикладів може служити пристрій звичайного зливного бачка у туалеті. В міру наповнення зливного бачка рівень води в ньому піднімається, що призводить до спливання поплавка, який блокує подальше надходження води.
Негативний зворотний зв'язок в електроніці ред.
Показовий приклад використання негативного зворотного зв'язку — будова підсилювача зі стабільним коефіцієнтом підсилення на основі операційного підсилювача (ОП).
Нехай дано деякий ОП з коефіцієнтом підсилення порядку 106. На основі цього ОП потрібно створити підсилювач зі вхідним опором не менше 5 кОм і коефіцієнтом підсилення 2. Для цього на інвертуючий вхід ОП ставиться резистор з опором, трохи більшим від потрібного вхідного (припустимо, 7 кОм), а в ланцюг зворотного зв'язку — резистор з номіналом вдвічі більшим. Аналітична формула показує, що такий спосіб побудови підсилювачів є наближеним, однак в силу великої величини коефіцієнта підсилення, похибка від застосованих припущень виявляється меншою, ніж від неточності виготовлення елементів.
Зазвичай НЗЗ дозволяє домогтися гарних параметрів підсилювача, однак це справедливо в загальному випадку тільки для підсилення постійного струму або низьких частот. Оскільки з підвищенням частоти затримка, яка вноситься підсилювачем, починає давати суттєвий фазовий зсув підсилюваного сигналу, то і НЗЗ працює вже не відповідно до розрахунку. Якщо і далі підвищувати частоту, то коли затримка стане порядку напівперіоду сигналу (тобто близькою до 180 градусів по фазі), то НЗЗ перетвориться в ПЗЗ, а підсилювач — в генератор. Для запобігання цьому, ланцюг НЗЗ повинен робитися частотно-залежним.
У ЗВЧ-підсилювачах зворотний зв'язок непридатний, тому стабілізувати посилення ЗВЧ-каскадів вельми непросто.
Негативний зворотний зв'язок у живих системах ред.
НЗЗ широко використовується живими системами різних рівнів організації — від клітини до екосистем — для підтримки гомеостазу. Наприклад, у клітинах на принципі НЗЗ засновані багато механізмів регуляції роботи генів (див. лактозний оперон), а також регулювання роботи ферментів (інгібування кінцевим продуктом метаболічного шляху). В організмі на цьому ж принципі засновано систему гіпоталамо-гіпофізарної регуляції функцій, а також багато механізмів нервової регуляції, що підтримують окремі параметри гомеостазу (терморегуляція, підтримання постійної концентрації діоксиду вуглецю і глюкози в крові та ін.) . У популяціях НЗЗ (наприклад, зворотна залежність між щільністю популяції і плодовитістю особин) забезпечують гомеостаз чисельності.
Див. також ред.
Примітки ред.
- ↑ Хоровіц П., Хілл У. Мистецтво схемотехніки = The art of electronics. — 4-те вид. — 50 000 прим.
- ↑ W. Ross Ashby (1957). Chapter 12: The error-controlled regulator (PDF). Introduction to cybernetics. Chapman & Hall Ltd.; Internet (1999). с. 219—243. Архів оригіналу (PDF) за 19 лютого 2018. Процитовано 7 травня 2020.
- ↑ Robert E. Ricklefs; Gary Leon Miller (2000). §6.1 Homeostasis depends upon negative feedback. Ecology. Macmillan. с. 92. ISBN 9780716728290. Архів оригіналу за 24 вересня 2017. Процитовано 7 травня 2020.