Негативний зворотний зв'язок — Вікіпедія

Негативний зворотний зв'язок (НЗЗ) — тип зворотного зв'язку, при якому вихідний сигнал передається назад на вхід для погашення частини вхідного сигналу^[1].

Негативний зворотний зв'язок робить систему стійкішою до випадкової зміни параметрів.

Негативний зворотний зв'язок широко застосовується в машинобудуванні та радіоелектроніці, а також у живих організмах^[2][3]. Його можна зустріти в різноманітних галузях — від хімії та економіки до фізичних систем, зокрема таких, як клімат. Методи математичного аналізу систем, зокрема, з негативним зворотнім зв'язком, детально розглядаються теорією автоматичного управління.

Одним з найпростіших прикладів може служити пристрій звичайного зливного бачка у туалеті. В міру наповнення зливного бачка рівень води в ньому піднімається, що призводить до спливання поплавка, який блокує подальше надходження води.

Показовий приклад використання негативного зворотного зв'язку — будова підсилювача зі стабільним коефіцієнтом підсилення на основі операційного підсилювача (ОП).

Нехай дано деякий ОП з коефіцієнтом підсилення порядку 10⁶. На основі цього ОП потрібно створити підсилювач зі вхідним опором не менше 5 кОм і коефіцієнтом підсилення 2. Для цього на інвертуючий вхід ОП ставиться резистор з опором, трохи більшим від потрібного вхідного (припустимо, 7 кОм), а в ланцюг зворотного зв'язку — резистор з номіналом вдвічі більшим. Аналітична формула показує, що такий спосіб побудови підсилювачів є наближеним, однак в силу великої величини коефіцієнта підсилення, похибка від застосованих припущень виявляється меншою, ніж від неточності виготовлення елементів.

Зазвичай НЗЗ дозволяє домогтися гарних параметрів підсилювача, однак це справедливо в загальному випадку тільки для підсилення постійного струму або низьких частот. Оскільки з підвищенням частоти затримка, яка вноситься підсилювачем, починає давати суттєвий фазовий зсув підсилюваного сигналу, то і НЗЗ працює вже не відповідно до розрахунку. Якщо і далі підвищувати частоту, то коли затримка стане порядку напівперіоду сигналу (тобто близькою до 180 градусів по фазі), то НЗЗ перетвориться в ПЗЗ, а підсилювач — в генератор. Для запобігання цьому, ланцюг НЗЗ повинен робитися частотно-залежним.

У ЗВЧ-підсилювачах зворотний зв'язок непридатний, тому стабілізувати посилення ЗВЧ-каскадів вельми непросто.

НЗЗ широко використовується живими системами різних рівнів організації — від клітини до екосистем — для підтримки гомеостазу. Наприклад, у клітинах на принципі НЗЗ засновані багато механізмів регуляції роботи генів (див. лактозний оперон), а також регулювання роботи ферментів (інгібування кінцевим продуктом метаболічного шляху). В організмі на цьому ж принципі засновано систему гіпоталамо-гіпофізарної регуляції функцій, а також багато механізмів нервової регуляції, що підтримують окремі параметри гомеостазу (терморегуляція, підтримання постійної концентрації діоксиду вуглецю і глюкози в крові та ін.) . У популяціях НЗЗ (наприклад, зворотна залежність між щільністю популяції і плодовитістю особин) забезпечують гомеостаз чисельності.

• Позитивний зворотний зв'язок