دور التغذية في تصميم دائرة الأنولوجيا

إن التغذية العكسية السلبية هي مبدأ أساسي يميز بين المضاعفات العملية من مراحل المكسب الخام، ومن خلال تبادل المكاسب المفتوحة من أجل إمكانية التنبؤ، يمكن للمهندسين أن يحققوا مستويات من التسلسل والاستقرار والدقة التي يتعذر على نحو آخر أن يتوفر لها أجهزة شبه موصل وحدها، ويدخل تنفيذ التغذية المرتدة في فئتين متميزتين: فالتغذية المحلية التي تُطبق على مترجم واحد أو مرحلة واحدة، وتُطبق على جميع نماذج العرض المُعدِّدَيْ إلكترونياً.

الرياضيات الأساسية للتغذية السلبية

ويبدأ فهم فوائد التغذية المرتدة المحلية والعالمية بمعادلة التغذية المرتدة الأساسية، وبالنسبة لنظام ذي ربح مفتوح A -ol وعامل التغذية المرتدة بيتا، يُعبر عن المكاسب التي تحققت في الموقع المغلقة على النحو التالي:

A cl = A ol / (1 + ßA ol)

أما مصطلح " بيتا " (BBBA) فهو المكسب غير المربح، فعندما يكون الكسب كبيرا، يقترب من المكسب المغلقة)١( بيتا، ويصبح مستقلا إلى حد كبير عن خصائص المقاولات وتباينات التصنيع، كما أن مكاسب اللوب تحكم مدى استصواب المضخم: فالتغييرات الجزائية في تصميمات المفتوحة تخفض بمعامل واحد + تفجر الترددات التي تولد في نطاق الترددات المضخم.

التغذية المحلية: التصميم على مستوى المرحلة

جليسة المصدر

ويظهر الشكل الأكثر استخداماً للتغذية على الصعيد المحلي، حيث يوضع مقاوم في ممر متحول ثنائي القطب أو مصدر مترجم ذي تأثير ميداني، ويعطي هذا النوع من الطبقات المرتدة في سلسلة من السلسلة عينات من الناتج الحالي ويغذي طبقة مائية تناسبية منه، ويصبح التحيز الفعّال في مجال التحويل السريع الذي يؤثر على مراحل التحويل السريع أو شبه الإقليمية.

وتمثل تشكيلات الكازود شكلا آخر من أشكال التغذية المرتدة المحلية، إذ إن وضع مترجم قاعدة مشتركة فوق جهاز الربح، يؤدي إلى الحد من تأثير ميلر ويحسن العزلة العالية التردد، ويتصرف مترجم القاعدة المشتركة كعازف حالي مع التغذية المرتدة المحلية المتأصلة التي تثبط الفول المجمّع للمرور المربح، مما يقلل من التشويه ويحسن عرض النطاق الترددي.

مزايا التغذية المحلية

  • Improved Stage Linearity:] Local feedback linearizes the transfer characteristic of individual transistors. This prevents harmonic generation at the source, which is especially important in input stages where noise and linearity are critical, and in output stages where large voltage temps occur.
  • Bandwidth extension:] Local feedback reduces the gain of a stage but pushes its dominant pole to a higher frequency. While the gain-bandwidth product remains roughly constant, the higher pole frequency makes the stage easier to settle when global feedback is applied later. This technique is fundamental to wideband amplifier design.
  • Robustness to PVT Variations:] Open-loop gain varies widely with process, voltage, and temperature. A transistor might have a beta that varies by a factor of three across production lots. Local feedback desensitizes the stage gain to these variations. An amplifier stage with 1 percent resistors will have a gain.
  • Stability Isolation:] Local feedback cycles are self-contained and do not interact with other stages to create complex low-frequency poles. This makes the amplifier design modular and predictable. Each stage can be optimized independently without worrying about global stability at this stage of the design process.

ردود فعل محلية

ومن أجل تحقيق مكاسب في الأماكن المفتوحة، يلزم مزيد من المراحل، واستهلاك طاقة إضافية ومجالات للوفاة، مما يؤدي إلى ظهور شبكات محلية للتغذية الارتجاعية، مما يمكن أن يخفض من رقم الضوضاء في المضخات المنخفضة، كما أن الانحرافات المستحثة تتجنب فرض هذه الضوضاء، ولكن لا يمكن أن تكون عملية إلا في الترددات التي تُدار فيها أخطاء في مراحل الإنتاج.

التغذية العالمية: الدقة على مستوى المنظومة

نموذج العمليات

إن التغذية المرتدة العالمية هي المبدأ المميز للمضخم التشغيلي، إذ أن فتح الحلقة يوفر مكاسب هائلة، إذ أن الاختراع يغلق الحلقة بشبكة معلومات محددة، يخلق صماما دقيقا مع المكاسب التي تحددها العناصر الخارجية، وتكمن القوة الفريدة للتغذية العالمية في قدرته على قمع الأخطاء التي تولدت في حلقة التكليف، ويزيد التشت وإمدادات الطاقة، والضوضاء من مراحل لاحقة من الانطلاقات.

آليات قمع الإضراب

ويقلل التشويه التناسقي الإجمالي بعامل يعادل زيادة عدد المرتجع في الترددات المتسقة، وبالنسبة لمضخم صوتي مصمم جيداً، حيث يبلغ عدد المكسب غير المتجانس 60 سدداً في 1 كيلوهرتز، تخفض عناصر التشويه التناسقية بعامل 1000، مما يتيح للمضخمات العملية أن تحقق أرقاماً أقل من 0.001 في المائة، ويطبق التخفيض في مراحل الارتداد غير المرتدة على جميع مراحل التغذوية في النواتج

كما أن التغذية المرتدة العالمية تحجب رفض إمدادات الطاقة، وتظهر التباينات في خطوط الإمداد بالطاقة كإشارة خطأ في الناتج، كما أن حلقة التغذية المرتدة تدفع بنشاط إلى إلغاء هذه التباينات، مما يوفر نسبة ممتازة لرفض الإمداد بالطاقة عبر النطاق الترددي حيث ترتفع درجة زيادة عدد الحلقات.

التحول عن طريق التحول

ويمكن أن تؤدي التغذية المرتدة العالمية إلى تحويل المدخلات وضخات النواتج بطرق يمكن التنبؤ بها، وتزيد التعليقات الواردة في سلسلة المدخلات من عدم توافر المدخلات، وهو أمر مستصوب لتطبيقات الاستشعار عن بعد، وتخفض التعليقات الواردة من الشونتات المدخلات، وتخلق أرضا افتراضية مناسبة للمحولين الحاليين إلى المتحولين، وفي الناتج، تؤدي التعليقات المستشعرة بالفولة إلى خفض الارتداد الناتج، مما يؤدي إلى ظهور مرحلات هندسة قريبة من حيث الإنتاج.

تحدي الاستقرار

ويحكم استقرار التغذية المرتدة العالمية حجم المزدحمة والمرحلة كوظيفة من وظائف التردد، إذ يحتوي جهاز كمبلد متعدد المراحل على أعمدة متعددة، ومع توقف تدفق المزادات، تتراكم المرحلة الانتقالية، وإذا بلغت درجة الحرارة 180 درجة بينما تتجاوز الزيادة في عدد الحلقات الوحدة، فإن المضخم سينفجر، ويستخدم المهندسون قطعا من السود لتحلل معدل الإغلاق الافتراضي البالغ 20 عاما.

ويقتضي الأمر التعويض عن الترددات لتعديل الاستجابة المفتوحة وضمان الاستقرار، ويقلل التعويض عن القطب المهيمن من نطاق المضخم بضغط القطب الأول إلى تردد منخفض، ويستخدم التعويض ميلر أثر ميلر في إحداث أثر منقوش، ويدفع القطب المهيمن إلى أدنى وأعلى من القطب الثاني، وكثيرا ما تكون هذه التقنيات هي النطاق التجاري للاستقرار، ويستخدم الحد الأقصى للتعويض.

التحليل المقارن: التغذية العالمية المحلية

التسلسل والتخزين في السياق

إن التغذية المرتدة العالمية تُحدث هدف الحد من التشويه التناسقي المنخفض في جميع أنحاء المضخم، وإذا ما تحقق اختفاء منخفض جداً في الترددات السمعية، فإن التغذية المرتدة العالمية تتيح الحصول على المعلومات المستقاة من حلقة العمل اللازمة لقمع التناسق، إلا أن التغذية المرتدة العالمية تصبح أقل فعالية في الترددات العالية حيث تكون الحلقة محدودة، وتمنع التغذية المرتدة المحلية من أن تولد في المقام الأول تشوهات السمعية العالية.

إن تشويه الاختزال العابر هو علامة أثرية معروفة من التغذية المرتدة العالمية المفرطة، وعندما تتضمن الإشارة إلى المدخلات إشارات سريعة، لا يمكن أن يتبع الناتج المتضخم فوراً بسبب المعدل المحدود لمكثف التعويض، وفي هذه الفترة، تعرض حلقة التغذية المرتدة إشارة خطأ كبيرة إلى مرحلة المدخلات، التي يمكن أن تشبع وتخلق تشويشاً، وتتفادى التسلسل الحادي المفتوح مع التغذية المخففة العالمية هذه المشكلة.

باندويث وبيت السلوي

وتخفض التغذية المرتدة العالمية عرض النطاق الترددي الصغير بالنسبة لبضعة مكسبات، إذ إن مضخة التغذية المرتدة بالفولط لها ناتج ثابت من حيث الكسب، وإذا زادت المكاسب التي تحققت من الغلق بعامل عشرة، فإن عرض النطاق الترددي يقل بعامل عشرة، ويمكن أن تحقق التغذية المرتدة المحلية ارتفاعا في نطاق الترددات عن طريق الحد من النقص في النطاق الترددي الحساس، مما يدفع الأقطاب إلى ارتفاع معدلات التردد.

ويحد معدل الذروة، وهو النطاق الترددي الكبير، من التحيز المتاح حالياً لفرض مكبر التعويض على مضخم تعويضي عالمي، ولا تفرض التعليقات المحلية هذا التقييد، إذ تستخدم المكثفات الحالية للتغذية المرتدة ردود الفعل المحلية على المدخلات لتحقيق معدلات مرتفعة جداً من المكاسب.

الأداء الضئيل

ومن المفاهيم الخاطئة الشائعة أن التغذية المرتدة العالمية تقلل من الضوضاء، إذ لا يمكن أن تقلل من الضوضاء المُشار إليها بالمدخلات التي يُستدل منها المضخم، بل إن ذلك يخفض من المكاسب، إذ أن نسبة الإشارة إلى الأرقام في الناتج تحددها الضوضاء في مرحلة المدخلات، وأن التغذية المرتدة المحلية باستخدام المقاومين تضيف الضجيج الحراري، إذ أن 100 أوم من المقاومين يولد قيماًاًاً مقاوماًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاً للصوتاً.

النطاقات التطبيقية

ويقضي مجال التطبيق بشدة باستراتيجية التغذية المرتدة، ففي المجال الصوتي، يعطى المهندسون الأولوية للترددات المنخفضة جدا على النطاق الصوتي، ويحد من المكاسب التي تُحققها أجهزة الترددات المحلية في 20 كيلوهرتز ناتجا من المضخم، وكثيرا ما يستخدم المصممون السمعيون مراحل متعددة من المكسب مع التغذية المتواضعة على الصعيد العالمي، ويحافظون على مدى الترددات العالية في تصميم الإطار الترددي، على الاستقرار هو الشاغل المتقلب المفاجئ في مرحلة النافذ.

الهندسة المكثفة

نيسد فيدباك لووبز

وتستخدم معظم المضخمات العملية استراتيجيات التغذية المرتدة المستحثة، وتوفر الحلقات الداخلية أقصى قدر ممكن من التواؤم، وضمادات النطاق، والتحيز، وتوفر الحلقة الخارجية الدقة على مستوى المنظومة في مجال إزالة الكسب والتشويه، كما أن المضخة التشغيلية الثلاثية المراحل لها تعليقات محلية في مرحلة النواتج لتحديد الاختلاط الحالي وازدهار النواتج، إلى جانب وجود حلقة تفاعلية عالمية من الناتج إلى النواتج الصحيحة.

استراتيجية تصميم النظم الآلية

إن أكثر نهج تصميمي قوة هو بناء قاعدة قوية منفتحة باستخدام التغذية المرتدة المحلية قبل إغلاق الحلقة العالمية، وينبغي أن تكون كل مرحلة على أنها خطية ومحسنة التصرف بقدر الإمكان، وأن المضخة السمعية العالية الأداء لا تستخدم إلا مرحلة من مراحل التحميل المتناثرة مع التحميل الحالي، والمرحلة المتطرفة المتحيزة بعناية مع تعويض ميلر المحلي، والمرحلة الثلاثية من نواتج دارلنغتون مع التغذية الصحيحة.

اعتبارات التصميم العملي

تقنيات التعويض

ويجب على المصممين أن ينظروا في التفاعل بين التغذية المرتدة المحلية والعالمية عند تعويض المضخم، وتدفع التعليقات المحلية بالأعمدة الداخلية إلى ترددات أعلى، مما يجعل الحلقة العالمية أسهل استقرارا، ويخلق تعويض ميلر حول مرحلة كسب تغذية مرتدة محلية في ترددات عالية، ويقلل من مكاسب تلك المرحلة في فترات التردد العالية، ويبسط التعويض العالمي.

الآثار الموازية

فالأداءات الموازية والعبوات تؤدي إلى مسارات غير مقصودة على الصعيد المحلي يمكن أن تسبب الارتداد، كما أن قدرة جامعي القاع على استخدام جهاز مترجم ثنائي القطب توفر تغذية مرتدة محلية يمكن أن تخلق مقاومة سلبية للمدخلات، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار، كما أن التقنيات الصغيرة مثل الدرع والطائرات الأرضية والفصل السليم هي أمور أساسية لمكافحة التغذية المرتدة من الحسابات الطفيلية.

الخلاصة: الرمز في التصميم المضخم

فالاستعراضات المحلية والعالمية ليست فلسفات متنافسة بل أدوات تصميم تكميلية، فالاستعراضات المحلية توفر الأساس لجهاز مضخم قوي يمكن التنبؤ به، ومزود بأجهزة قياس ذات فتحة قوية، ويدير أداء على مستوى المرحلة ويضمن أن تكون لبنات البناء جيدة الأداء قبل إغلاق الحلقة العالمية، وتسخر التغذية المرتدة من قوة زيادة الدقة في وظيفة النقل عموما، وتضع حدا للتشويه على مستوى المنظومة، وتوفر خصائص مبسطة.