Takaisinkytkentä

Takaisinkytkennässä (engl. feedback) järjestelmän lähtösignaali ohjataan takaisin järjestelmän alkuun tulosignaaliksi. Takaisinkytkentä on siis silmukka, jonka kautta järjestelmän aiemmin tuottama informaatio vaikuttaa sen myöhemmin tuottamaan informaatioon.

Yksinkertainen takaisinkytkentä

Takaisinkytkennällä voidaan joko vahvistaa (positiivinen takaisinkytkentä) tai heikentää (negatiivinen takaisinkytkentä) järjestelmän häiriöitä, eli järjestelmän lähtöä muokkaavia tekijöitä.

Takaisinkytkennän käyttökohteita ja esiintymismuotoja ovat mm:

• elektroniikka ja säätötekniikka
• kybernetiikka
• ilmastonmuutos
• biologia

Lisäksi mm. esiintymisestä ja johtamisesta saatavaa palautetta sekä asiakaspalautetta voidaan pitää takaisinkytkentänä, joissa toimintaa muokataan aiemman toiminnan perusteella. Takaisinkytkentä on kuitenkin vahvasti tekniikkaan liittyvä termi, toisin kuin englannin kielen feedback, joka voi tarkoittaa sekä palautetta että takaisinkytkentää.

Takaisinkytkentä elektroniikassa ja säätötekniikassa

Negatiivinen takaisinkytkentä

Negatiivinen takaisinkytkentä pyrkii minimoimaan tulo- ja lähtösignaalin eron.^[1]

Negatiivisella takaisinkytkennällä voidaan mm:

• parantaa järjestelmän stabiiliutta
• vähentää häiriöitä
• vähentää säröytymistä
• kontrolloida tulo- ja lähtöimpedansseja
• kasvattaa vahvistimen kaistanleveyttä ^[2]

Kuva 1: Negatiivinen takaisinkytkentä

Negatiivisella takaisinkytkennällä voidaan siis parantaa useita signaalin ominaisuuksia, mutta samalla se heikentää signaalin vahvistusta. Negatiivinen takaisinkytkentä ei myöskään takaa systeemin stabiiliutta.

Negatiivisesti takaisinkytketyn systeemin siirtofunktio on muotoa:

${\displaystyle {\frac {G(s)}{1+G(s)H(s)}}}$

Esimerkki negatiivisesta takaisinkytkennästä:

Kuva 2: Negatiivisen takaisinkytkennän vaikutus

Kuvan 2 sininen käyrä kuvaa systeemin askelvastetta. Kuvitellaan, että systeemiin on kytkeytynyt signaalia vaimentava häiriö. Vihreä signaali kuvaa takaisinkytketyn systeemin askelvastetta, ja kuinka se korjaa virhettä tulo- ja lähtösignaalin välillä.

Positiivinen takaisinkytkentä

Positiivinen takaisinkytkentä pyrkii vahvistamaan tulo- ja lähtösignaalin eroa. Positiivinen takaisinkytkentä johtaa systeemin arvon eksponentiaaliseen kasvuun tehden siitä epästabiilin. Positiivisella takaisinkytkennällä on kuitenkin useita tärkeitä käyttösovelluksia.

Positiivisesti takaisinkytketyn systeemin siirtofunktio on muotoa:

${\displaystyle {\frac {G(s)}{1-G(s)H(s)}}}$

Sovellukset

Elektroniikassa positiivista takaisinkytkentää sisältäviin sovelluksiin lukeutuvat mm. ^[3]

• komparaattorit
• kiikut
• oskillaattorit
• ajastinpiirit

Negatiivista takaisinkytkentää sisältäviä sovelluksia taas ovat esimerkiksi ^[3]

• vahvistimet
• suodattimet
• lineaariset jänniteregulaattorit

Lähteet

1. http://web.mit.edu/16.31/www/Fall06/index.html
2. Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith: Microelectronic Circuits. Oxford University Press, 2009.
3. http://ecee.colorado.edu/~ecen4827/lectures/dm_feedback1.pdf (Arkistoitu – Internet Archive)

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Takaisinkytkentä Wikimedia Commonsissa