Negativ tilbagekobling (elektronik)

Elektronisk negativ tilbagekobling eller blot modkobling er et begreb fra elektronikken, som handler om at skabe negativ tilbagekobling i en forstærker, for derigennem at sænke dens forstærkningsgrad, men samtidig forbedre en række andre egenskaber ved den, f.eks. båndbredde, indgangsimpedans, udgangsimpedans og forvrængning.

Figur 1: Ideel negativ tilbagekoblingsmodel

Modkoblingsgrad

For at modkoble en forstærker tager man en vis brøkdel $\beta$ af udgangssignalet, og sender det ind et sted længere tilbage i kredsløbet på en sådan måde at det dæmper udgangssignalet. Virkningen er at den oprindelige faktor $A_{0}$ hvormed forstærkeren "forstørrer" signalerne på indgangen (kaldet egenforstærkningen eller råforstærkningen) sænkes til en ny værdi, $A^{\prime }$, hvor
$A^{\prime }={\frac {A_{0}}{1+\beta \cdot A_{0}}}$
Størrelsen $M=1+\beta \cdot A_{0}$ omtales som modkoblingsgraden eller sløjfeforstærkningen. Udtrykt ved $M$ i stedet for $\beta$ skrives ovenstående formel som:
$A^{\prime }={\frac {A_{0}}{M}}$

Båndbredde

Når man ved hjælp af modkobling sænker en forstærkers forstærkningsgrad, opnår man altid en forbedring i båndbredden. Hvis forstærkeren i sin ikke-modkoblede "skikkelse" har en nedre og øvre grænsefrekvens på $f_{min}$ hhv. $f_{max}$, bliver de tilsvarende værdier for den modkoblede forstærker:
$f_{min}^{\prime }={\frac {f_{min}}{M}}$ hhv. $f_{max}^{\prime }=f_{max}\cdot M$
Det ses at båndbredden $f_{max}-f_{min}$ bliver (godt og vel) $M$ gange større.

Forvrængning

En anden generel regel er, at man ved modkobling også forbedrer forvrængningen $k$ for den ikke-modkoblede forstærker til en mindre værdi $k^{\prime }$, hvor
$k^{\prime }={\frac {k}{M}}$

Indgangsimpedans

I den modkoblede forstærker afhænger indgangsimpedansen af hvordan spændingen fra modkoblingssløjfen sættes ind i indgangen.

Parallelindsat modkobling

Hvis modkoblingen er indsat parallelt, "mødes" modkoblingssignalet med indgangssignalet i et knudepunkt: I denne situation får den modkoblede forstærker en indgansimpedans $Z_{ind}^{\prime }$ der er $M$ gange mindre end den ikke-modkoblede forstærkers indgangsimpedans $Z_{ind}$, dvs.
$Z_{ind}^{\prime }={\frac {Z_{ind}}{M}}$

Serieindsat modkobling

Med en serieindsat modkobling "ender" indgangssignalet og signalet fra modkoblingssløjfen to forskellige steder, hvor spændingsforskellen mellem de to punkter afgør størrelsen på udgangssignalet. Med denne form for modkobling vokser indgangsimpedansen med en faktor $M$, altså
$Z_{ind}^{\prime }=Z_{ind}\cdot M$

Udgangsimpedans

Udgangsimpedansen for den modkoblede forstærker afhænger af hvordan man udtager den spænding der sendes tilbage via modkoblingssløjfen fra udgangen.

Spændingsudtaget modkobling

Ved spændingsudtaget modkobling repræsenterer modkoblingssignalet en vis brøkdel af den spænding der findes på udgangen (f.eks. udtaget gennem en spændingsdeler på udgangen). I denne situation bliver udgangsimpedansen $Z_{ud}^{\prime }$ $M$ gange mindre end udgangsimpedansen $Z_{ud}$ for den ikke-modkoblede forstærker, dvs.
$Z_{ud}^{\prime }={\frac {Z_{ud}}{M}}$

Strømudtaget modkobling

I en strømudtaget modkobling er den spænding der sendes tilbage gennem modkoblingssløjfen proportional med den strøm der går i udgangen: I denne situation bliver udgangsimpedansen $Z_{ud}^{\prime }$
$Z_{ud}^{\prime }=Z_{ud}\cdot M$

Se også

• Kybernetik
• Operationsforstærker