W wyniku działania ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmocnienie układu
A. jest równe 0.
B. wzrasta.
C. maleje.
D. pozostaje bez zmian.
Ujemne sprzężenie zwrotne powoduje, że część sygnału wyjściowego jest zawracana na wejście w przeciwnej fazie, czyli odejmuje się od sygnału sterującego. W efekcie całkowite wzmocnienie układu maleje. Dla typowego wzmacniacza można to opisać zależnością $A_f=\frac{A}{1+\beta A}$, gdzie A to wzmocnienie bez sprzężenia, β to współczynnik sprzężenia, a A_f to wzmocnienie po zamknięciu pętli. Ponieważ w mianowniku pojawia się składnik większy od 1, wynikowe wzmocnienie jest mniejsze. I to jest sedno sprawy. W praktyce nie robi się tego „dla straty”, tylko dla poprawy parametrów: wzmacniacz staje się stabilniejszy, ma mniejsze zniekształcenia nieliniowe, szersze pasmo przenoszenia i mniej zależy od rozrzutu parametrów tranzystorów czy układów scalonych. Moim zdaniem to jeden z ważniejszych pomysłów w elektronice analogowej, bo pokazuje, że czasem celowo oddajemy część wzmocnienia, żeby zyskać jakość i przewidywalność działania. W dobrych praktykach projektowania wzmacniaczy audio, układów operacyjnych czy regulatorów automatyki zawsze sprawdza się stabilność pętli sprzężenia, zapas fazy i zapas wzmocnienia, bo źle dobrane sprzężenie może doprowadzić do oscylacji zamiast spokojnej pracy.
W układzie z ujemnym sprzężeniem zwrotnym nie należy zakładać, że wzmocnienie pozostaje bez zmian. Gdyby sprzężenie nie miało wpływu na wzmocnienie, oznaczałoby to w praktyce brak skutecznego zawracania sygnału albo współczynnik sprzężenia równy prawie zeru. W normalnym wzmacniaczu z zamkniętą pętlą część sygnału wyjściowego wraca na wejście i jest odejmowana od sygnału wejściowego, więc układ „sam sobie” ogranicza reakcję. To właśnie dlatego wzmocnienie spada, ale poprawia się stabilność i liniowość. Mylenie tego z sytuacją, w której wzmocnienie wzrasta, wynika często z kojarzenia każdego sprzężenia zwrotnego z „dokładaniem” sygnału. Tak działa raczej dodatnie sprzężenie zwrotne, używane na przykład w generatorach lub przerzutnikach Schmitta, gdzie sygnał zwrotny wzmacnia zmianę. W sprzężeniu ujemnym jest odwrotnie: układ przeciwdziała zmianom. Stwierdzenie, że wzmocnienie jest równe 0, też jest zbyt daleko idące. Ujemne sprzężenie nie wyłącza wzmacniacza, tylko zmniejsza jego efektywne wzmocnienie do ustalonej, kontrolowanej wartości. W praktyce wzmacniacz operacyjny z rezystorami w pętli sprzężenia nadal wzmacnia sygnał, tylko zgodnie z ilorazem rezystancji, a nie z ogromnym wzmocnieniem otwartej pętli. Z mojego doświadczenia najczęstszy błąd polega na patrzeniu tylko na słowo „sprzężenie”, bez rozróżnienia znaku sprzężenia. W elektronice ten znak jest kluczowy: ujemne stabilizuje i zmniejsza wzmocnienie, dodatnie może zwiększać reakcję, a przy złych warunkach prowadzić nawet do wzbudzenia układu.