طبقه بندی انواع سیستم فیدبک در الکترونیک

طبقه بندی انواع سیستم فیدبک در الکترونیک:
تا این قسمت، با نحوه بازخورد سیگنال خروجی به سیگنال ورودی آشنا شدیم. برای سیستم های فیدبک این بازخورد می تواند یا مثبت و یا منفی باشد.

اما روش انجام اندازه گیری سیگنال خروجی و معرفی این سیگنال به پورت ورودی مدار می تواند بسیار متنوع باشد و به همین دلیل سیستم های فیدبک به چهار گروه اساسی طبقه بندی می شوند.

بر اساس این که آیا سیگنال ورودی تقویت شده است یا خیر و شرایط مطلوب خروجی به چه صورت است، متغیرهای ورودی و خروجی می توانند یا به صورت جریان و یا ولتاژ مدل سازی شوند.

بنابراین چهار طبقه بندی وجود دارد که در آن ها یک سیستم فیدبک تک حلقه ای سیگنال خروجی را به سیگنال ورودی باز می خوراند. این پیکربندی ها به صورت زیر هستند:

پیکربندی سری-موازی (Series-Shunt Configuration)، پیکربندی موازی-موازی (Shunt-Shunt Configuration)، پیکربندی سری-سری (Series-Series Configuration)، پیکربندی موازی-سری (Shunt-Series Configuration).

نام گذاری این آرایش ها از نحوه اتصال شبکه فیدبک بین طبقات ورودی و خروجی بر گرفته شده است.

سیستم فیدبک سری-موازی:
فیدبک سری-موازی با نام فیدبک ولتاژ سری نیز شناخته می شود و به عنوان یک سیستم فیدبک کنترل شده ولتاژ-ولتاژ عمل می کند.

ولتاژ خطا که از طریق شبکه مقاومت فیدبک باز خورانده می شود، با ورودی سری است. ولتاژی که از خروجی باز خورانده می شود نسبتی از ولتاژ خروجیVOUT است؛ زیرا با آن موازی (یا شنت) است. نمایی از این پیکربندی در تصویر زیر نشان داده شده است.

برای ارتباطات سری-موازی، پیکربندی از ولتاژ خروجیVOUT به ولتاژ ورودیVIN تعریف شده است. اکثر مدارات تقویت کننده عملیاتی معکوس کننده و غیر معکوس کننده، با پیکربندی فیدبک سری-موازی کار می کنند و عملکردی را تولید می کنند که با نام تقویت کنندگی ولتاژ شناخته می شود.

در یک تقویت کننده ولتاژ ایده آل مقاومت ورودیRIN بسیار بزرگ و مقاومت ایده آل خروجیROUT بسیار کوچک است.

بنابراین، آرایش فیدبک سری-موازی به عنوان یک تقویت کننده ولتاژ عمل می کند؛ زیرا سیگنال خروجی از جنس ولتاژ و سیگنال ورودی نیز از جنس ولتاژ است. بهره انتقال (Transfer Gain) برابر باخواهد بود.

به این نکته توجه کنید که این مقدار بدون واحد (Dimensionless) محسوب می شود؛ زیرا واحد به صورتاست.

سیستم فیدبک موازی-سری:
فیدبک موازی-سری، با عنوان فیدبک جریان موازی نیز شناخته می شود و به عنوان یک سیستم فیدبک کنترل شده جریان-جریان عمل می کند.

سیگنال فیدبک با جریان خروجی که در بار جاری می شود، متناسب است، در واقع سیگنال فیدبک به صورت موازی با ورودی قرار گرفته است. نمایی از این آرایش در شکل زیر دیده می شود.

برای فیدبک موازی-سری، پیکربندی به صورت جریان خروجی IOUT به جریان ورودی IIN تعریف شده است. در این پیکربندی، سیگنال فیدبک به صورت موازی با سیگنال ورودی قرار گرفته است و به همین دلیل، جریان ها (نه ولتاژ ها) با یکدیگر جمع می شوند.

این اتصال فیدبک موازی در حالت عادی بر بهره ولتاژ مدار تأثیر نخواهد گذاشت؛ زیرا برای خروجی ولتاژ به یک ورودی ولتاژ نیز احتیاج است.

با این حال، اتصال سری در خروجی، مقاومت خروجی را افزایش می دهد، اما مسیر با اتصال موازی در ورودی، مقاومت ورودیRINرا کاهش می دهد.

بنابراین پیکربندی فیدبک موازی-سری به عنوان یک تقویت کننده جریان کار می کند؛ زیرا سیگنال ورودی از جنس جریان و سیگنال خروجی نیز از جنس جریان است.

بهره انتقال به صورت  محاسبه می شود. توجه کنید که این کمیت هم بدون واحد محسوب می شود؛ زیرا واحد آن به صورت است.

سیستم فیدبک سری-سری:
سیستم فیدبک سری-سری، با نام فیدبک جریان سری نیز شناخته می شود و به عنوان سیستم فیدبک کنترل شده جریان-ولتاژ عمل می کند. در پیکربندی جریان سری، سیگنال خطای فیدبک به صورت سری با ورودی بوده و با جریان بارIOUT متناسب است.

در واقع این نوع فیدبک، سیگنال جریان را به سیگنال ولتاژ تبدیل می کند (که باز خورانده می شود) و این سیگنال ولتاژ است که از ورودی کسر می شود. نمایی از این پیکربندی در شکل زیر دیده می شود.

برای اتصال سری-سری، پیکربندی بر حسب جریان خروجی به ولتاژ ورودی تعریف شده است. به دلیل این که جریان خروجی از طریق اتصال سری و به صورت ولتاژ باز خورانده می شود، در نتیجه هم امپدانس ورودی و هم امپدانس خروجی سیستم افزایش می یابد.

بنابراین، مدار به صورت یک تقویت کننده ترارسانا (Transconductance) کار می کند که در آن مقاومت ایده آل ورودی و نیز مقاومت ایده آل خروجی بسیار بزرگ هستند.

پس در حالت کلی می توان گفت که پیکربندی فیدبک سری-سری مانند یک سیستم تقویت کننده ترارسانا عمل می کند که در آن سیگنال ورودی از جنس ولتاژ و سیگنال خروجی از جنس جریان است. به همین دلیل تابع انتقال سیستم فیدبک سری-سری به صورتمحسوب می شود.

سیستم فیدبک موازی-موازی:
سیستم فیدبک موازی-موازی، با نام فیدبک ولتاژ موازی نیز شناخته می شود و به عنوان سیستم فیدبک کنترل شده جریان-ولتاژ عمل می کند.

در پیکربندی فیدبک موازی-موازی، سیگنال فیدبک به صورت موازی با سیگنال ورودی قرار گرفته است. ولتاژ خروجی اندازه گیری می شود و جریان از جریان ورودی موازی تفریق می شود.

پس در این پیکربندی، این سیگنال جریان است که تفریق می شود نه سیگنال ولتاژ. نمایی از این پیکربندی در شکل زیر دیده می شود.

برای اتصال موازی-موازی، پیکربندی بر حسب ولتاژ خروجیVOUT به جریان ورودیIIN تعریف می شود. چون ولتاژ خروجی به صورت جریان به یک پورت جریان ورودی باز خورانده می شود، در نتیجه اتصال موازی در هر دو ترمینال ورودی و خروجی منجر به کاهش امپدانس ورودی و خروجی می شود.

بنابراین سیستم بیشتر به عنوان یک سیستم مقاومت انتقالی (Transresistance) با مقاومت ایده آل ورودی RIN و مقاومت خروجیROUT بسیار کوچک عمل می کند.

پس می توان گفت پیکربندی ولتاژ شنت به عنوان یک تقویت کننده ولتاژ مقاومت انتقالی محسوب می شود که سیگنال ورودی از جنس جریان و سیگنال خروجی از جنس ولتاژ است.

بنابراین بهره انتقالی به صورتمحاسبه می شود.