되먹임 회로

전자회로 또는 제어 시스템에서 출력 신호의 일부를 입력 부분에 다시 입력하는 회로를 되먹임 회로라고 한다.

되먹임 회로는 증폭기, 발진기 및 플립 플롭 (flip-flop) 및 카운터와 같은 상태 저장 논리 회로 소자와 같은 전자 부품의 설계에 널리 사용된다. 시스템에서 되먹임 회로는 기계적, 열적 및 기타 물리적 프로세스를 제어하는 ​​데 널리 사용된다.

신호가 제어 루프 둘레로 반전되면 시스템은 음의 되먹임을 가지고 있다고 말하며 그렇지 않은 경우 되먹임은 양의 값이라고 한다. 음의 되먹임은 원하는 값에서 신호가 계속 멀어지는 것을 수정하거나 그 차이를 줄임으로써 시스템의 안정성과 정확도를 높이기 위해 의도적으로 도입된다. 단, 시스템이 응답 할 수 있는 것보다 빠르게 입력이 변경되면 이러한 되먹임 알고리즘은 성립하지 않게 될 수 있다. 이러한 상황이 발생하면 보정 신호가 도착할 때 지연으로 인해 원래의 되먹임에 의한 반응과 다르게 나타나는 과보정 (overcorrection)이 발생하여 출력이 우리가 원하는 신호가 아닌 이해하지 못하는 신호가 증폭되는 발진 (oscillation) 현상이 발생할 수 있다. 이것은 전자 시스템 동작의 원치 않는 결과이긴 하지만, 때때로 이 효과는 전자 오실레이터에서 의도적으로 사용되기도 한다.

벨 연구소 (Bell Labs)의 해리 나이퀴스트 (Harry Nyquist)는 이러한 되먹임 시스템의 안정성을 결정하기 위해 나이퀴스트 (Nyquist) 안정성 기준을 도출하였다. Hendrik Bode가 개발 한 Bode 플롯을 사용하여 이득 마진 (gain margin)과 위상 마진 (phase margin)을 결정하는 것이 더 쉬운 방법이지만 일반적이지는 않다. 안정성을 보장하기 위한 설계를 통해 증폭기의 진폭 주파수 응답을 수정하는 주파수 보상을 일으키게 되는데 이를 통해 종종 증폭기의 극점 위치를 제어할 수 있다. 되먹임 회로에서 나타나는 주파수 응답 특성을 잘 이해하기 위해서는 저항뿐 아니라 교류회로에서 복소수 성분을 가질 수 있는 코일과 축전지에서의 리액턴스에 따른 위상 성분을 분석할 필요가 있다. 하지만 복잡한 교류회로, 특히 고주파회로에서의 피드백 신호는 알 수 없는 진동 성분이 개입될 수 있는 가능성이 많기 때문에 회로의 설계에서부터 기생 전기용량 (parasitic capacitance)와 같은 회로 자체가 교류 신호에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 있는지를 면밀히 분석할 필요가 있다.

그림 1. 되먹임 회로 (음의 되먹임 증폭회로)의 다이어그램 ()

양의 되먹임은 기하 급수적인 성장, 진동 또는 혼돈의 행동을 통한 불안정성을 야기하는 반면, 음의 되먹임은 일반적으로 안정성을 촉진하게 된다. 음의 되먹임은 평형 상태에 도달하는 것을 촉진하고 섭동의 영향을 감소시키는 기능을 한다. 최적의 타이밍으로 정확한 양의 보정을 적용하는 음의 되먹임 회로는 매우 안정적이고 정확하며 반응이 빠른 응답 특성을 보이도록 설계되어 있다.

전자회로에서 되먹임회로는 앰프와 같은 전자 장치의 출력을 제어하는 ​​데 사용된다. 출력 되먹임이 사용되지 않는 경우 그 장치는 개방 경로에서 작동된다고 하고 피드백이 사용되는 경우 폐쇄 경로에 의해 작동된다라고 말한다.

두 개 이상의 앰프가 양의 피드백을 사용하여 교차 결합되면 복잡한 동작이 생성 될 수도 있다. 이러한 동작을 가진 회로를 멀티 바이브레이터 (multivibrator)라고 부른다.