La controreazione, ovvero del Negative Feedback

[plovati]

tratto da Valve&Transistor Audio Amplifier di John Linsley Hood, Newnes 1997 (un bigino, ma molto ben fatto):



_________
Piergiorgio

[Giaime]

Aspettaaaaaaaa ci dobbiamo ancora arrivare a quel punto!

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[mauropenasa]

Questo è un concetto che ho visto prestarsi spesso ai fraintendimenti. La controreazione più che allargare la banda abbatte il guadagno a centro banda e quindi i punti a -3dB si spostano, ma la curva agli estremi di frequenza alti e bassi non si sposta. Il comportamento agli estremi banda resta quello dell’amplificatore ad anello aperto (un disegnino dei soliti con un singolo polo aiuta a capire in maniera semplice). La controreazione cioè non puo’ modificare il comportamento reale dell’amplificatore (non interviene sulle capacità intrene) ma solo correggere i suoi errori e questo lo puo’ fare solo se c’è del guadagno da sacrificare alla causa. Agli estremi banda il guadagno cala e non è sufficiente a sostenere la correzione del segnale.

Oltre che avere ragione, credo che sia meglio "visualizzare" in questo modo il fenomeno, più che in mere equazioni.
Altrimenti si rischia di attribuire "in automatico" una proprietà al NFB che non gli compete, come dice giustamente Piergiorgio.
Se ad esempio ci si trova davanti a sistemi come quelli a transconduttanza (che hanno una distribuzione dei poli e zeri ad anello aperto molto diversa) ci si troverebbe agevolmente in situazioni in cui la banda passante non aumenta affatto all' aumentare del fattore di controreazione, con sgomento degli astanti....

Baxandall, sempre e solo lui... Altro che teorie esoteriche, ha contribuito più lui a produrre materiale di valutazione che centiania di guru di varia risma....
Bel grafico e bella spiegazione di JLH, da dove pare che non escano poi benissimo certe soluzioni low gain & low NFB molto di moda....
Ma come dice Giaime, è troppo presto per analizzare questi aspetti...; )

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[Giaime]

Allora, perdonatemi per aver "abbandonato" qui la cosa (ma come potete immaginare sono un po' impegnato "in altri lidi"). Domani faccio un punto della situazione, e andiamo avanti con almeno il rumore, e se riesco pure la distorsione, con la dimostrazione del Radiotron che preferisco a quella dei libri che ho io (troppo semplicistica).

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[Giaime]

c) Riduzione dei disturbi e del rumore.

Dunque, molti di voi avranno costruito qualche amplificatore che ronza. Capita: campi elettromagnetici dei trasformatori, le valvole con i filamenti in alternata, etc etc...

Vedremo tramite una semplice dimostrazione che la controreazione ha un effetto benefico anche su questo tipo di disturbi, che vengono captati all'interno dell'amplificatore.

Consideriamo quindi uno schema a blocchi un tantino modificato:














Ho aggiunto un altro nodo sommatore, per rappresentare i disturbi che vanno a sommarsi col segnale che ci interessa. L'entità dei disturbi è rappresentata dalla lettera greca delta.

Dunque, in assenza di controreazione, ossia con H = 0,





Invece, in presenza di retroazione, si ha:





Ma, secondo come funziona il primo dei due nodi sommatori,





Per cui sostituendo nell'espressione precedente il termine Vs, si ha:





da cui raccogliendo i termini in Vout si ricava:







Dalla (14) si nota benissimo che il termine di rumore delta è ridotto di un fattore (1-AH) grazie alla controreazione.

Da notare una cosa fondamentale: la riduzione avviene solo per i disturbi indotti all'interno dell'anello di controreazione, ossia non ha nessuna efficacia sui disturbi che possono essere introdotti a monte o a valle dell'amplificatore in questione.

Bene, detto questo, qui le strade si dividono. I libri più semplici, magari destinati agli istituti superiori, glissano sugli effetti sulla distorsione: si semplifica dicendo che la distorsione può essere immaginata come disturbi a frequenze multiple del segnale, che hanno origine nell'elemento attivo dell'amplificatore.

Semplice? Troppo semplice. E potenzialmente scorretto: come già sottolineato in precedenza, questa è un'ipotesi semplicistica che non tiene conto di quella che è l'evidenza sperimentale di cui qualche post fa Mauro ci ha dato prova.

Il Radiotron fa un po' di luce su questo fatto, sarà argomento della "prossima puntata"

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

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[plovati]

Nella formula (14) sopra riporta bisogna sempre tenere a mente che il guadagno ad anello aperto A è funzione della frequenza è cioè un A(f).
allora che succede se Vin è di bassa frequenza o comunque entro la banda di A(f) e il disturbo (delta) è di alta frequenza?
Disturbi ad alta frequenza tipici sono : la radio FM, i disturbi di commutazione sulla rete elettrica, gli spikes di rettificazione etc..
Che effetto ha la reazione in questi casi?

_________
Piergiorgio

[mauropenasa]

Nella formula (14) sopra riporta bisogna sempre tenere a mente che il guadagno ad anello aperto A è funzione della frequenza è cioè un A(f).

Molto importante...

allora che succede se Vin è di bassa frequenza o comunque entro la banda di A(f) e il disturbo (delta) è di alta frequenza?
Disturbi ad alta frequenza tipici sono : la radio FM, i disturbi di commutazione sulla rete elettrica, gli spikes di rettificazione etc..
Che effetto ha la reazione in questi casi?

....Ed anche quando il disturbo (delta) è entro la banda A(f)....
Questo elemento è anche legato alla riduzione di THD.
Basta leggere la 14 e sostituire A con A(f) e si dimostra già a questo livello che sia il rumore che la THD, nella migliore delle ipotesi (teoriche) verrà ridotto in base al effettivo ammontare di A(f), che essendo calante al aumentare della frequenza (questo vale per ragioni di stabilità interna e di struttura, leggi miller ed affini....).
Io non ho mai capito perchè molti sembrano scandalizzarsi alla ipotesi che un NFB non riduca in modo analogo armoniche di basso ordine e quelle di elevato ordine. Sta semplicemente nei limiti di A(f) che a sua volta sta nel limite della struttura fisica del sistema.
Ovviamente è possibile anche fare strutture con A(f) che copra costantemente tutta la banda audio ed oltre, ed in questo caso il comportamente diventerebbe costante per tutti.

Riguardo i disturbi ad alta frequenza, (palesemente dimostrabile che non vengono di fatto ridotti dalla reazione), si deve dire che non è neanchè scontato che un ampli con banda limitata A(f) (a prescindere dal fattore di reazione applicato), possa amplificare eventuali disturbi, a prescindere dalla reazione negativa. Dipendera tutto da dove si trova il punto di transi zione (frequenza) in cui la il guadagno diventerà minore di 1.

Urge mostrare graficamente questi concetti finora espressi, perchè molto più intuitivi di questa serie di analisi...

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[Giaime]

Ragassi sempre a remare contro era l'argomento della prossima puntata, mi avete già bruciato tutto. Adesso sembra che io, al posto di fare quel che faccio, mi limito a riassumere quello che dite o quello che trovo sui libri!!!

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[plovati]

Ragassi sempre a remare contro era l'argomento della prossima puntata, mi avete già bruciato tutto. Adesso sembra che io, al posto di fare quel che faccio, mi limito a riassumere quello che dite o quello che trovo sui libri!!!

Originariamente inviato da Giaime - 03/09/2006 :  18:53:16

Bene, allora sarebbe bene pensare a che succede qualora si lasci perdere un'ipotesi finora implicita in tutto il ragionamento sulla reazione.
Hai sottinteso cioè, come i libri di testo, che il segnale sia unidirezionale, si propaghi cioè lungo l'anello in un solo senso. Ma non è del tutto vero: se infatti si pensa ad una implementazione reale il segnale è bidirezionale, parte del segnale d'ingresso arriva direttamente in uscita.
E se lasciassimo cadre questa ipotesi? Ti lascio campo libero, vedi un po' tu come tenere conto di quanto sopra.

_________
Piergiorgio

[Giaime]

Aspetta un attimo Piergiorgio: parli del segnale audio o di eventuali spurie raccolte nel percorso?

No perchè per alcune implementazioni di nfb non vedo proprio la possibilità di un segnale che si propaghi dall'ingresso all'altra entrata del nodo sommatore all'uscita dell'amp.

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[Giaime]

Urge mostrare graficamente questi concetti finora espressi, perchè molto più intuitivi di questa serie di analisi...

Originally posted by mauropenasa - 03/09/2006 : 16:39:54

Per esempio, cosa proporresti?

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[mauropenasa]

Per esempio, cosa proporresti?

Opppsss...
Non vorrei che fosse passato un che di critica nei tuoi confronti, Giaime...

Ora sono nei casini, ma quando trovo un minuto cercherò qualcosa che riassuma quelle detto fin qui in qualche grafico + formuletta, una specie di prontuario grafico/matematico anche a livello base su questo argomento....
Spesso se ne trovano in riviste (anche CHF ai tempi di Viappiani mi pare facesse dei buoni riassunti su questi temi....).
Secondo me basterebbe per farsi una prima idea. Tanto finchè uno non assimila la situazione non può andare a vedere le cose che non sempre funzionano bene....

Anche semplici simulazioni con opamp possono diventare utili, specie nelle funzioni di trasferimento....

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[Giaime]

Opppsss...
Non vorrei che fosse passato un che di critica nei tuoi confronti, Giaime...

Originally posted by mauropenasa - 05/09/2006 : 11:29:08

Oh Mauro, prima di tutto le tue critiche sono bene accette (a differenza di quelle di PG ), secondariamente comprendo che non è una critica, è solo che alla terza/quarta volta che rispondi dicendo che ci vuole il disegnetto per capire meglio :p allora mi chiedevo quali fossero i punti poco chiari, e quali potrebbero essere gli esempi per chiarirli, tutto qui.

Capisci Mauro, mi trovo nella situazione di quello che ha buttato giù il lavoro: è ovvio che non vedo punti oscuri, sono i "lettori" a dovermeli trovare e chiedere spiegazioni. Questo perchè nessuno ha bisogno di chiarimenti con sé stesso, da soli ci si capisce sempre

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[mauropenasa]

Devi considerare che io sono il portavoce di quelli che non sono pratici di matematica....; )
Spesso il grafichetto fa intuire bene il concetto. Ad esempio, la cosa della banda passante. Se si da una occhiata ai grafici che si trovano in alcuni datasheet di opamp che espongono sia il guadagno ad anello aperto che ad anello chiuso si intuisce bene come si "raccordi" la questione dei poli interni ed il gain dei sistema....
Riguardo al concetto di cancellazione per sottrazione, anche la semplice vista del segnale presente simultaneamente nel nodo sommatore dovrebbe dare una valida idea di cosa ci si deve aspettare da un tale dispositivo.
Per il resto, a parte una semplice simulazione (con diodi o generatori localizzati) di un disturbo in vari nodi e relative compensazioni da parte della reazione, credo che non serva poi altro.
Quando si ha una idea concreta di cosa fa e a cosa serve l' NFB in generale, servirà cominciare a tirare in ballo i vari modi in cui esso viene applicato nella realtà, vero nodo forse del problema NFB. Infatti noto che è opinione diffusa che NFB sia fare un anello a partitore come quello esposto sinora, ma esso può essere implementato invece in vari altri modi (come la famigerata "degenerazione")....

Ecco, più o meno questo vorrei dare come contributo, ma riesco solo a citarlo, per ora....

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[plovati]

già finito?

_________
Piergiorgio

[Giaime]

già finito?

_________
Piergiorgio


Originally posted by plovati - 30/09/2006 : 12:28:08

Si. Aspetta le vacanze estive 2007.

Saluti termoionici


Giaime Ugliano

http://giaime.altervista.org

[mauropenasa]

Piergiorgio e Giaime,
Piacerebbe pure a me riuscire a fare un quadretto concreto di tutti i concetti adatti, ma questo comporterebbe un sacco di tempo per mettere insieme gli appunti sparsi in giro, talvolta concetti scolastici che per quel che mi riguarda sono piuttosto lontani....
Quando hai finito un bel lavoro, arriva uno con un link ad una paginetta fichissima bella e pronta, con buona pace per "la briga"...

Magari con calma troviamo qualcosa di pronto da "infarcire"....
Da parte mia ho più link a "concetti superiori" legati al NFB che adatti ad una comprensione generalizzata. Se trovo qualcosa che valga la pena di commentare lo posto....

ciao

Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[mauropenasa]

Rivolgo una domanda "pubblica" a Piergiorgio e altri che conoscono le situazioni "scolastiche".

La migliore sintesi che io abbia letto, precisa ed ampia il giusto per comprendere pure le questioni delle "reazioni reali", comprensiva dell' analisi dei "modi" di reazione (studio del classico "quadripolo reazionato" e sue varianti....), è presente su:

"Elettronica Dispositivi e sistemi" E. Cuniberti L. De Lucchi B. De Stefano.

Libro di testo delle ITI di un tot di anni fà (non so se è ancora usato oggi.... ).
In circa 10-12 paginette si trova tutta la spiegazione di Giaime + la fase molto interessante legata alla implementazione della reazione negativa.

Almeno dalle analisi sui "quadripoli" si può anche ragionare su come funziona la classica resistenza di "degenerazione", o "NFB locale", oppure su cosa si basa il "Current Dumping" o lo "Stasis", tanto per dirne alcuni....

che si fa ?

Postiamo le paginette cosi come sono, consigliamo il libro a tutti gli autocostruttori (utile per ogni appassionato di elettronica) o cosa ?

ciao

Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html

[riccardo]

Una soluzione (molto laboriosa) sarebbe quella come si fa a scuola.
La "spiega" del capitolo...
E' una soluzione mediata.Ove servono, Grafici tabelle e formule le pubblichiamo in attache.

Rivolgo una domanda "pubblica" a Piergiorgio e altri che conoscono le situazioni "scolastiche".

La migliore sintesi che io abbia letto, precisa ed ampia il giusto per comprendere pure le questioni delle "reazioni reali", comprensiva dell' analisi dei "modi" di reazione (studio del classico "quadripolo reazionato" e sue varianti....), è presente su:

"Elettronica Dispositivi e sistemi" E. Cuniberti L. De Lucchi B. De Stefano.

Libro di testo delle ITI di un tot di anni fà (non so se è ancora usato oggi.... ).
In circa 10-12 paginette si trova tutta la spiegazione di Giaime + la fase molto interessante legata alla implementazione della reazione negativa.

Almeno dalle analisi sui "quadripoli" si può anche ragionare su come funziona la classica resistenza di "degenerazione", o "NFB locale", oppure su cosa si basa il "Current Dumping" o lo "Stasis", tanto per dirne alcuni....

che si fa ?

Postiamo le paginette cosi come sono, consigliamo il libro a tutti gli autocostruttori (utile per ogni appassionato di elettronica) o cosa ?

ciao

Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html



Originariamente inviato da mauropenasa - 14/10/2006 : 11:35:35

Saluti

R.R.

[mauropenasa]

Una soluzione (molto laboriosa) sarebbe quella come si fa a scuola.
La "spiega" del capitolo...
E' una soluzione mediata.Ove servono, Grafici tabelle e formule le pubblichiamo in attache.

Certo, questo si dovrebbe fare in ogni caso....
Resta da stabilire come tutti possono disporre del testo originale, in modo da ragionare solo sulle cose che non sono ben comprese....

L' alternativa è fare un vero e proprio "articolo tecnico" completo di formule e grafici, ma questo comporta diversi giorni di lavoro, se si parte da 0 come materiale espositivo e si vuole essere abbastanza precisi e chiari....

Intanto prendete la mia come una "segnalazione di un buon libro tecnico", utile in biblioteca per chi non ha alle spalle scuole superiori di elettronica....

ciao


Mauro
http://www.webalice.it/mauro.penasa/index.html