Feedback positivo

Como vimos, o feedback negativo é um princípio extremamente útil quando aplicado a amplificadores operacionais. É o que nos permite criar todos esses circuitos práticos, sendo capazes de definir com precisão ganhos, taxas e outros parâmetros significativos com apenas algumas alterações dos valores do resistor. O feedback negativo torna todos esses circuitos estáveis ​​e com autocorreção.

O princípio básico do feedback negativo é que a saída tende a se mover em uma direção que cria uma condição de equilíbrio (equilíbrio). Em um circuito amplificador operacional sem feedback, não há mecanismo corretivo e a tensão de saída saturará com a menor quantidade de tensão diferencial aplicada entre as entradas. O resultado é um comparador:

Com feedback negativo (a tensão de saída “realimentada” de alguma forma para a entrada inversora), o circuito tende a se impedir de levar a saída à saturação total. Em vez disso, a tensão de saída impulsiona apenas tão alta ou tão baixa quanto necessário para equilibrar as tensões das duas entradas:



Quer a saída seja realimentada diretamente para a entrada inversora (-) ou acoplada por meio de um conjunto de componentes, o efeito é o mesmo:o ganho de tensão diferencial extremamente alto do amplificador operacional será "domesticado" e o circuito responderá de acordo aos ditames do “loop” de feedback conectando a saída à entrada inversora.

Como funciona o feedback positivo em um amplificador operacional?

Outro tipo de feedback, a saber, feedback positivo , também encontra aplicação em circuitos de amplificador operacional. Ao contrário do feedback negativo, onde a tensão de saída é “realimentada” para a entrada inversora (-), com o feedback positivo, a tensão de saída é de alguma forma direcionada de volta para a entrada não-inversora (+). Em sua forma mais simples, poderíamos conectar um pedaço de fio reto da saída para a entrada não-inversora e ver o que acontece:



A entrada inversora permanece desconectada do circuito de feedback e está livre para receber uma tensão externa. Vamos ver o que acontece se aterrarmos a entrada inversora:



Com a entrada inversora aterrada (mantida em zero volts), a tensão de saída será ditada pela magnitude e polaridade da tensão na entrada não inversora. Se essa tensão for positiva, o amplificador operacional também impulsionará sua saída positiva, alimentando essa tensão positiva de volta para a entrada não inversora, o que resultará em saturação de saída totalmente positiva. Por outro lado, se a tensão na entrada de não inversão começar a ser negativa, a saída do amplificador operacional irá conduzir na direção negativa, realimentando a entrada de não inversão e resultando em saturação totalmente negativa.

O que temos aqui é um circuito cuja saída é biestável :estável em um de dois estados (positivo saturado ou negativo saturado). Depois de atingir um desses estados saturados, ele tenderá a permanecer nesse estado, imutável. O que é necessário para fazê-lo mudar de estado é uma tensão colocada na entrada inversora (-) de mesma polaridade, mas de uma magnitude ligeiramente maior. Por exemplo, se nosso circuito está saturado com uma tensão de saída de +12 volts, será necessária uma tensão de entrada na entrada inversora de pelo menos +12 volts para que a saída mude. Quando muda, vai saturar totalmente negativo.

Como o feedback positivo é útil?

Um amplificador operacional com feedback positivo tende a permanecer em qualquer estado de saída em que já esteja. Ele "trava" entre um dos dois estados, positivo saturado ou negativo saturado. Tecnicamente, isso é conhecido como histerese .

A histerese pode ser uma propriedade útil para um circuito comparador. Como vimos antes, os comparadores podem ser usados ​​para produzir uma onda quadrada de qualquer tipo de entrada de forma de onda em rampa (onda senoidal, onda triangular, onda dente de serra, etc.). Se a forma de onda CA de entrada for livre de ruído (ou seja, uma forma de onda “pura”), um comparador simples funcionará perfeitamente.



No entanto, se houver qualquer anomalia na forma de onda, como harmônicos ou "picos" que fazem com que a tensão aumente e caia significativamente dentro do intervalo de tempo de um único ciclo, a saída de um comparador pode mudar de estado inesperadamente:



Sempre que houver uma transição através do nível de tensão de referência, não importa o quão pequena essa transição possa ser, a saída do comparador mudará de estado, produzindo uma onda quadrada com “glitches”.

Se adicionarmos um pequeno feedback positivo ao circuito comparador, introduziremos histerese na saída. Esta histerese fará com que a saída permaneça em seu estado atual, a menos que a tensão de entrada CA sofra um maior mudança na magnitude.



O que esse resistor de feedback cria é uma referência dupla para o circuito comparador. A tensão aplicada à entrada de não inversão (+) como uma referência para comparar com as mudanças de tensão CA de entrada dependendo do valor da tensão de saída do amplificador operacional. Quando a saída do amplificador operacional é saturada positiva, a tensão de referência na entrada não inversora será mais positiva do que antes. Por outro lado, quando a saída do amplificador operacional é saturada negativa, a tensão de referência na entrada não inversora será mais negativa do que antes. O resultado é mais fácil de entender em um gráfico:



Quando a saída do amplificador operacional é saturada positiva, a tensão de referência superior está em vigor, e a saída não cairá para um nível de saturação negativo, a menos que a entrada CA suba acima aquele nível de referência superior. Por outro lado, quando a saída do amplificador operacional é saturada negativa, a tensão de referência inferior está em vigor e a saída não aumentará para um nível de saturação positivo, a menos que a entrada CA caia abaixo aquele nível de referência inferior. O resultado é uma saída de onda quadrada limpa novamente, apesar das quantidades significativas de distorção no sinal de entrada CA. Para que uma "falha" faça com que o comparador mude de um estado para outro, ele teria que ser pelo menos tão grande (alto) quanto a diferença entre os níveis de tensão de referência superior e inferior e no momento certo para cruzar esses dois níveis.

Outra aplicação de feedback positivo em circuitos de amp op é na construção de circuitos osciladores. Um oscilador é um dispositivo que produz uma tensão de saída alternada (CA), ou pelo menos pulsante. Tecnicamente, é conhecido como astável dispositivo:sem estado de saída estável (sem equilíbrio algum). Os osciladores são dispositivos muito úteis e são facilmente fabricados com apenas um amplificador operacional e alguns componentes externos.



Quando a saída é saturada positiva, o V _ref será positivo e o capacitor será carregado em uma direção positiva. Quando V _rampa excede V _ref pela margem mais ínfima, a saída saturará negativo e o capacitor carregará na direção oposta (polaridade). A oscilação ocorre porque o feedback positivo é instantâneo e o feedback negativo é atrasado (por meio de uma constante de tempo RC). A frequência deste oscilador pode ser ajustada variando o tamanho de qualquer componente.

REVER:

• O feedback negativo cria uma condição de equilíbrio (Saldo). O feedback positivo cria uma condição de histerese (a tendência de “travar” em um dos dois estados extremos).
• Um oscilador é um dispositivo que produz uma tensão de saída alternada ou pulsante.

PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de circuitos de OpAmp de feedback positivo