Что такое отрицательная обратная связь?

Хотя термин «отрицательная обратная связь» известен далеко не всем, с процессом, стоящим за ним, ежедневно сталкивается каждый человек. Можно привести огромное количество примеров. Причем, что интересно, отрицательная обратная связь характерна не только для живых организмов, но и для многих технических средств. Отчасти, лишь благодаря ей прогресс существует в том виде, к которому мы все привыкли.

Видео: Обратная связь в усилителях

Принцип обратной связи изучается в различных отраслях науки. К примеру, в музыке способностью использовать обратную связь (фидбэк) особо прославились некоторые рок-исполнители, такие как Курт Кобейн, Линк Рэй и пр. Ее изучают в биологии, механике, электротехнике, радиоэлектронике…фактически, везде. Соответственно, в глобальной Сети можно легко найти множество различных ответов на вопрос «что такое отрицательная обратная связь», однако часто сами ответы дополнительно порождают новые вопросы. Все это при том, что смысл фидбэка чрезвычайно прост.

Что же такое отрицательная обратная связь? Приведем несколько жизненных примеров. Представим человека, идущего по скользкой поверхности. Вот он делает один шаг, затем другой, третий…и тут нога начинает скользить, центр тяжести тела постепенно (это только кажется, что мгновенно) смещается – возникает реальная опасность падения. В этот момент определенные группы мышц сокращаются, стремясь тем или иным способом компенсировать неустойчивое состояние. Это может быть отклонение назад или, наоборот, несколько частых шагов вперед при наклоненном корпусе. Однако в данном случае мы описали лишь внешние проявления. Внутренний механизм работы следующий:

• нога становится на поверхность. В этот момент от нее в мозг отправляются сигналы, указывающие на прочность (каждый, не задумываясь, определит, мягкая или жесткая основа), шероховатость, уклон;
• в соответствии с полученными данными корректируется положение тела и размещение ступни;
• но вот нога начала скользить. Угроза устойчивости. Чем интенсивнее скольжение, тем активнее выполняется поиск и реализация оптимального способа, способного предотвратить падение.

Положительная обратная связь используется лыжником, который еще больше наклоняет корпус, увеличивая скорость скольжения. В свою очередь, отрицательная связь противодействует причине, породившей изменения в системе.

Видео: Лекция 271. Генератор тока с отрицательной обратной связью

Кстати, многим любителям компьютерных игр известны рули с обратной связью. Это она и есть! Чем сильнее игрок поворачивает руль в сторону, тем большее противодействие со стороны внутреннего электродвигателя он испытывает. В указанном примере имеет место обратная связь по току.

Схематично это выглядит так: вход – система – выход. При любых изменениях входных данных происходит соответствующее изменение и выходных. Последние, при этом, таким образом воздействуют на систему, чтобы вернуть ее к изначальному устойчивому состоянию.

Видео: Лекция 49.Транзисторный каскад с отрицательной обратной связью по напряжению

Обратная связь в усилителях позволяет решить сразу несколько задач: обеспечить стабильность усиления вне зависимости от входного сигнала, сделать работу всей системы полностью автоматической (настройка обратной связи выполняется лишь на начальном этапе). Однако отрицательная обратная связь в электронике не всегда реализуется так просто. Особенность заключается в том, что сигнал обратной связи, поступающий в систему, должен успеть привести в действие компенсирующие механизмы раньше, чем входные данные повторно изменятся. Другими словами, быстродействие фидбэка должно превышать скорость изменения входного сигнала. Поэтому при схемах, основанных на сверхвысоких частотах, возникает ряд сложностей. Одно из решений – синхронизация частот входных данных и обратной связи.