دور أجهزة الاسترجاع في نظم تجهيز الإشارات السمعية

A_(و) = A/ (1+Aß)

ويعرف الكم (+ بيتا) بفارق كسب الحلقة أو العودة، وعندما تكون بيتا كبيرة (أكثر من 1)، فإن الكم المغلقة يكسب بسهولة إلى ما يقرب من 1/بيتا، مما يجعلها مستقلة إلى حد كبير عن التباينات في المكاسب المفتوحة، وهذا المبدأ هو أساس التغذية السلبية.

وتظهر ردود الفعل السلبية عندما تُستثنى الإشارة المرتدة من المدخلات (من المرحلة) وتضيف التعليقات الإيجابية إشارة التغذية المرتدة في المرحلة التي يمكن أن تسبب الارتداد وتُتجنب عادة في التكتل الخطي ما لم يُستخدم عمدا في أجهزة النعيم أو دوائر التجديد.

أنواع التجمعات التغذوية

ويمكن تطبيق التغذية في أربع من الطبقات الأساسية حسب كيفية تحديد الناتج (المتطور أو الحالي) وكيفية الجمع بين الإشارة المرتدة والمدخلات (السلاسل أو التمزق) وكل منها له آثار متميزة على المدخلات وازدحام الناتج.

فولتاج - سيريز فيدباك (Series-Shunt)

وتحس شبكة التغذية المرتدة بحجم الناتج وتغذيه في سلسلة من المدخلات، مما يزيد من ضعف المدخلات ويقلل من عدم القدرة على الإنتاج، مما يجعله مثالياً لضخات الفولط حيث يكون انخفاض الناتج مرغوباً فيه، وهو أكثر التشكيلات شيوعاً في الدوائر السمعية البصرية.

التغذية الرجعية الحالية (Series-Series)

ويشعر هذا الارتداد بأن الناتج الحالي يعود إلى مجموعة من الوصلات، مما يزيد من عدم القدرة على الإسهام ويزيد من عدم القدرة على الإنتاج، وهو ما يفيد في عمليات الضخ عبر الموصلات (المحولات المتحولة إلى الجارية) مثل تلك المستخدمة في بعض مراحل ما قبل المصادقة.

فولتاج - شونت فيدباك (شونت - شونت)

ويؤخذ في الحسبان أن الناتج يُضخ ويغذي تياراً متوازياً (الشخير) مع المدخلات، مما يقلل من الازدحام في المدخلات والنواتج، وكثيراً ما يُستخدم في المحولات الحالية إلى المحركات (المضخات المضخة للتعريفات) مثل أجهزة التصفير الضوئية.

التغذية الخفية الحالية (الصراخ)

ويشعر هذا الطبول بتطور الناتج ويغذي تياراً موازياً للمدخلات، ويقلل من عدم القدرة على الإسهام ويزيد من عدم القدرة على الإنتاج، وهو ما يناسب المضخمات الحالية.

وفي النظم السمعية، تهيمن ردود الفعل على مجموعات فولتاجية لأن معظم المضخمات الصوتية هي ذات دوافع فولتية، غير أن فهم جميع الطبقات الأربع يساعد المهندسين على تصميم مراحل متخصصة مثل مواضع مكبرات الصوت (حيث يمكن أن تكون التغذية العكسية الحالية مفيدة لضوضاء ضوضاء منخفضة) أو أجهزة مضخة للسماعات (حيث يؤدي الإنتاج الحالي إلى تحسين معامل التخصيب).

الفوائد الرئيسية في نظم المواد السمعية

اعتماد مضخمات التغذية المرتدة على نطاق واسع في الصوت يعود إلى عدة مزايا مفهومة جيداً كل فائدة تنشأ من قدرة حلقة التغذية السلبية على التجارة في انخفاض الأرباح من أجل تحسين التسلسل والقدرة على التنبؤ

جيم - تحقيق الاستقرار

ويتفاوت الكسب المفتوح للمضخم مع درجة الحرارة، ودرجة حرارة الإمداد بالطاقة، ودرجة المكوّن، وتخفض التغذية العكسية السلبية الحساسية لهذه التباينات بمعامل واحد + بيتا، مثلا، إذا تغيرت مكسبات الهواء المفتوح بنسبة 20 في المائة، ولكن زيادة عدد المكسب غير المكتمل بنسبة 0.02 في المائة، وهذا أمر حاسم في سرعة الارتفاع الصوتي.

تخفيض التشت

وتتسبب عدم وجود خطوط في الأجهزة العاملة (المترجمون والمؤقتون) في تشويه الوئام والتعسف، وتخفض التعليقات السلبية هذه التجاوزات بنفس العامل (1+أبيتا) وتحاول حلقة التغذية تصحيح الناتج لتضاهي المدخلات، وتتماشى بشكل فعال مع المضخم، ويمكن تخفيض مجموع التشويهات التماثلية في الأرقام الصوتية العالية الجودة من النسب المئوية إلى الأجزاء الصلبة.

Bandwidth extension

إن الناتج المربح لجهاز كمبلد ثابت تقريبا، إذ يتداول مكاسب منخفضة التردد مفتوحة من أجل تحقيق مكاسب أعلى من الغلق، فإن التغذية العكسية السلبية توسّع نطاق الترددات، ويصبح عرض النطاق الترددي المغلقة:

BW_CL] = BW_]OL × (1 + Aß)

ويتيح هذا التأثير للمضخمات السمعية الحفاظ على استجابة مسطحة تتجاوز النطاق المجدي، وضمان استجابة تدريجية متسقة، والحد من القطع الأثرية المستحثة بالبطاقات السائلة.

تعديل

وكما لوحظ في الطبقات العليا، يمكن أن تُكيّف التغذية المرتدة المدخلات وضخامة النواتج، ففي النظم السمعية، يؤدي انخفاض الناتج إلى تحسين تضاؤل المكبرات الصوتية (تطوير حركة غير خاضعة للمراقبة)، في حين أن ارتفاع المدخلات يكفل الحد الأدنى من تحميل المراحل السابقة، فعلى سبيل المثال، يمكن لمضخم التغذية العكسية أن يحقق تقدماً أقل من 0.1 أوم، مما يوفر رقابة ممتازة للمتكلمين.

خفض الضوضاء (منتخب)

وفي حين أن التغذية المرتدة لا يمكن أن تقلل من الضوضاء التي تولدها مرحلة المدخلات ذاتها، فإنها يمكن أن تقلل من مساهمات الضوضاء من المراحل اللاحقة، وتدفع حلقة التعقيب المكثفة المضخمة إلى تصحيح الأخطاء، وتخفف من الضوضاء التي تُحدث بعد نقطة تلخيص التعليقات، ويستخدم هذا المبدأ في تصميمات أولية منخفضة الدقة حيث تظل المرحلة الأولى مصدر الضجيج السائد، ولكن يمكن تصميم المراحل اللاحقة بتشويه أوسع نطاقاً وأقل دون أداء ضوضاء مهين.

التطبيقات العملية في تجهيز المواد السمعية

وتتم تضخيم أجهزة الإرسال في كل مجموعة تقريبا من سلسلة الإشارات السمعية، وتوضع أدناه تطبيقات رئيسية تتضمن تفاصيل التصميم.

المُعدّلات

وتحتاج أجهزة الاستنشاق بالهواتف الدقيقة إلى ضوضاء منخفضة للغاية، ومكسب متغير، وضخامة المدخلات، وتستخدم التغذية العكسية السلبية لوضع قيم ربحية دقيقة (التي غالبا ما تتحول أو تتحكم فيها البطاقات)، وتستخدم مدخلات نموذجية متوازنة ردوداً متباينة لرفض الضوضاء الشائعة، كما تحدد شبكة التغذية المرتدة الاستجابة للترددات، مثلاً بإدراج أجهزة قياسية في مسار التغذية المرتدة، يمكن تكييفها لتحقيق مكاسب مسطحة أو تحقيق المساواة في القيمة.

أجهزة لتضخيم الطاقة

ويجب أن تؤدي مراحل النواتج إلى إحداثيات كبيرة بأقل قدر من التشوهات، كما أن أجهزة التكتل التكميلية تستخدم عادة حلقات التغذية المرتدة المستحثة: فثمة ردود فعل عالمية من الناتج إلى زوجين متمايزين في المدخلات تصحح أوجه عدم التكرار عموما، في حين أن التعليقات المحلية في مرحلة التكبير ومرحلة الإنتاج تؤدي إلى تحسين التسلسل والاستقرار.

المتساويون والمصورون

وتستخدم المتساويات النشيطة شبكات التغذية المرتدة التي تُبنى من المقاومين والمكثفات لتحقيق مكاسب تعتمد على الترددات، وتستخدم الدائرة التقليدية لمراقبة حركة باكساندال ردود فعل سلبية حول مشهد لتعزيز أو قطع الطوابق وترددات الارتداد، وبالمثل، يستخدم المكافئات الغرافية مصارف الرش العاملة (التي تُعدُّ لوحات السحب العالية الترددات أو التغريدات التي تُستخدم في إطارها الدولة)

المذيبات المختلطة والمضخات المتحركة

في خلاطات الشعار المهني، يلخص المضخات قنوات صوتية متعددة إلى حافلة ستريو، وتجنب المضخات الملخصة تستخدم طباً افتراضياً بسيطاً حيث تكون المدخلات السلبية للمنشطات (المزج المتصاعد) موجودة في الأرض عن طريق التغذية المرتدة، وهذا التلخيص الخطي يتجنب التقاطع ويحافظ على تطهير الإشارات، ويزيد من وزن الارتدادات بشكل عام.

الاستقرار والتعويض

وفي حين أن التغذية العكسية السلبية توفر فوائد عديدة، فإنها تأتي مع وجود قيود حرجة: الاستقرار، إذ أن لكل مضخم قدرة على التأقلم من سرعة الارتداد، ومنتجات تؤدي إلى تحولات في المرحلة، وفي ترددات عالية، يمكن للخط الإضافي (وبالأساس من المضخم المفتوح) أن يحول التعليقات السلبية إلى تعليقات إيجابية، مما يؤدي إلى تردد الارتداد في الناموسوم.

In guarantee stable operation, engineers add compensation networks that reduce the open-loop gain at high frequencies, deliberately lowering the cycle gain to ensure a phase margin of at least 45° (preferably 60°). The most common method is dominant pole compensation, where a capacitor (often Miller capacitor) creates a low-fquency polebrequers off the gain before other poles cause excessive phase shift

اعتبارات التصميم والمبادلات

ويتطلب تحقيق الاستفادة المثلى من التغذية المرتدة للنظم السمعية موازنة عوامل متعددة متنافسة، وفيما يلي اعتبارات التصميم الرئيسية.

• Feedback Factor Selection: ] Higher feedback (larger Aß) improves stability of gain and reduces distortion, but it reduces the closed-loop gain and stresses the amplifier's slew rate. For a given open-loop gain, there is an opt feedback amount. Excessive feedback can keep transient intermod distort
• Noise in Feedback Network: ] Resistors in the feedback network generate thermal noise, which is amplified by the noise gain (1 + R_]f/R_g)
• Dynamic Range:] Negative feedback reduces the signal temp capability of the amplifier because the output must be larger to correct errors. This can reduce the usable dynamic range if the amplifier is pushed near its supply rails. Designers must ensure sufficient headroom.
• Thermal Considerations:] In power amplifiers, feedback network components can turn with temperature, altering closed-loop gain. Using low-temperature-coefficient resistanceors and thermally coupling critical components helps maintain precision.
• Output Stage Class:] Class-AB amplifiers rely on feedback to smooth the crossover region and reduce crossover distortion. However, the dead zone in the transfer characteristic can still cause high-frequency artifacts if the feedback cycle is too slow. Local feedback around the output stage (e.g., using emitter resistance line) is often added to improve

الحالة الخاصة: أجهزة الاسترجاع الحالية

In some high-speed audio applications, current feedback amplifiers (CFA) are used. instead of a differential input voltage, CFAs have a low-impedance inverting input and a high-impedance non-inverting input. Feedback is applied as current rather than voltage. The result is that the closed-lompback bandwidth remains nearly constant over a wide gainback range, making CFAs

التحديات والحدود

وعلى الرغم من مزاياها، فإن مصاعد التغذية المرتدة ليست بدون ثغرات، فهم هذه القيود أمر حاسم بالنسبة للتصميم القوي.

• Oscillations due to improper compensation:] Capacitive loads, long cables, or inadequate decoupling can shift poles and reduce phase margin.
• Transient Intermodulation Distortion (TIM): ] When the amplifier's slew rate is insufficient, high-frequency feedback signals cannot be corrected in time, causing transient distortion. This was a criticism of early solid-state designs with very high feedback factors. Modern amplifiers use adequate slew rates (Vtenof).
• Power Supply Rejection:] Feedback can reduce power supply ripple injection at low frequencies, but at high frequencies the cycle gain drops, and supply noise can couple into the output. Proper decoupling and separate regulator stages are needed.
• Stability in Production:] component tolerances and parasitics can cause oscillations in some units. Design for margins (phase margin ⁇ 60°, gain margin ⁇ 10 dB) and include snubber networks if necessary.

خاتمة

أما أجهزة الاسترجاع فهي حجر الزاوية في تجهيز الإشارات السمعية الحديثة، وقدرتها على تثبيت المكاسب، والحد من التشويه، وتوسيع نطاق الترددات، وتعديل الازدراء، فتتيح للمهندسين تصميم دوائر سمعية ذاتية ذاتية مجزأة ومتسقة، ومن المتواضع في النموذج الأولي للمستهلكين، إلى جانب نماذج التلقيم الصوتي المتطورة في جهاز استرجاع الترددات الصوتية (A500-FT) أن يتطور الارتداد الناتج