ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

Воздействие результатов к.-л. процесса на его протекание. Если при этом интенсивность процесса возрастает, то О. с. наз. п о л о ж и т е л ь н о й, а в противопол. случае — о т р и ц а т е л ь н о й. Отрицат. О. с. может обеспечить автоматич. поддержание регулируемых физ. хар-к системы на требуемом уровне. Положит. О. с. приводит к тому, что возникшее отклонение от стационарного состояния всё более увеличивается и ранее устойчивая система может стать неустойчивой. Многие скачкообразные и лавинные процессы — следствие положит. О. с. (напр., взрыв). О. с. является необходимым элементом автоколебательных систем. О. с. могут существовать в самых различных динамич. системах— от простейших механических до биологич. и общественных. Существование О. с. определяет ход многих природных процессов (возбуждение волн на поверхности воды под действием ветра; звук, возникающий при обтекании препятствий возд. потоком; колебание яркости некоторых звёзд и т. д.). О. с. широко используется в технич. устройствах (механич., электрич., тепловых, оптических, в генераторах эл.-магн. колебаний, а также в системах автоматического регулирования, переработки информации и управления производственными процессами).

Впервые О. с. была применена при создании часов. Ход механич. (до Галилея) часов, не имеющих маятника, регулировался при помощи крыльчатки или центробежного регулятора, увеличивающих трение в механизме при увеличении скорости и уменьшающих трение при замедлении движения механизма (отрицат. О. с.). В современных часах содержится как устройство О. с., так и резонансный элемент (маятник, балансир, кварцевая пластина, ансамбль атомов или молекул). В совр. механических часах О. с. осуществляется анкерным устройством, соединяющим источник энергии (гирю, пружину) с маятником (или балансиром). При каждом качании маятника анкер позволяет анкерному колесу, соединённому с источником энергии, поворачиваться только на небольшой угол, определяемый расстоянием между соседними зубцами и определяющий порцию энергии, передаваемой от гири (пружины) маятнику. При упоре очередного зуба анкерного колеса в выступ на конце анкера маятник получает от источника энергии небольшой толчок, поддерживающий его колебания.

В паровой машине положит. О. с. осуществляется тем, что золотник соединён с поршнем так, что он подаёт пар из котла в цилиндр только во время рабочего хода поршня и соединяет цилиндр с холодильником во время холостого хода. В паровой машине есть и отрицат. О. с., к-рую осуществляет центробежный регулятор Уатта, он уменьшает подачу пара в цилиндр при увеличении скорости маховика и увеличивает подачу, когда скорость падает. Англ. физик Дж. Максвелл и И. А. Вышнеградский исследовали св-ва регуляторов и процесс регулирования, положив начало теории автоматич. регулирования и тем самым — теории О. с.

О. с. в радиоэлектронике.

Термин «О. с.» возник в радиоэлектронике, где им первоначально обозначали воздействие анодной цепи лампового резонансного усилителя электрич. колебаний на цепь сетки. Если изменения тока в анодной цепи лампы передаются в сеточную цепь в фазе с изменением тока в этой цепи (положит. О. с.), то усиление возрастает. В схеме усилителя с колебательным контуром положит. О. с. улучшает резонансные св-ва усилителя. Она может придать св-во избирательности и усилителям, не содержащим резонансных контуров, но содержащим фазосдвигающие элементы. Коэфф. усиления К усилителя с О. с. определяется выражением:

где Кй — коэфф. усиления в отсутствие О. с., b — коэфф. передачи (доля выходного сигнала, передаваемая на вход усилителя, рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема усилителя с отрицат. связью.

Если приположит. О. с. bK0=1, то знаменатель в (*) обращается в 0. Это соответствует потере устойчивости и возможности самовозбуждения.

Если О. с. осуществляется в противофазе, т. е. ток, возбуждаемый в сеточной цепи, через цепь О. с. направлен противоположно току, текущему в сеточной цепи (отрицат. О. с.), то коэфф. усиления уменьшается (К<�К0), но повышается устойчивость усилителя по отношению к внеш. воздействиям и его хар-ки становятся более гладкими. Если в цепь О. с. введены дополнительные фазодвигающие элементы, то О. с. наз. к о м п л е к с н о й. Эти виды О. с. используются для создания частотно-избирательных систем, фильтров и т. п.

О. с. в системах автоматич. регулирования, как правило, отрицательна, ибо её задача — уменьшить отклонения от заданного режима работы системы. Напр., автопилот поддерживает заданное направление, высоту, скорость полёта, а также правильное положение самолёта в пр-ве, управляя положением руля, элеронов и подачей горючего в двигатели самолёта в соответствии с данными компаса, высотомера, креномера, измерителя скорости полёта.

О. с. может быть непрерывной, когда самовоздействие осуществляется постоянно, или прерывистой, если оно происходит периодически или по заданной программе. О. с. может быть полной, когда она охватывает всю систему, или локальной, когда О. с. замыкается в части системы. В большинстве систем регулирования реализуется запаздывающая О. с. вследствие того, что воздействие на регулируемый элемент отстаёт во времени от сигналов измерительного блока из-за инерционности отд. звеньев системы или в результате введения спец. элементов задержки между измерителем и исполнит. органом.

О. с. может осуществляться не только внеш. цепью или регулятором, часто О. с. реализуется внутр. связью элем. актов, составляющих общий процесс. Пример процесса с внутр. О. с.— химич. и ядерные цепные реакции. Напр., реакция окисления идёт с выделением тепла, а скорость реакции пропорциональна температуре. Если отвод тепла из реагирующей смеси меньше выделяющегося тепла, то темп-pa смеси повышается, это ведёт к увеличению скорости реакции, в результате происходит ускорение реакции иногда вплоть до взрыва.

Рис. 2. Вольтамперная хар-ка тиристора.

Внутр. положит. О. с. используется для создания приборов, у к-рых зависимости «скорость — сила» или «напряжение — ток» (вольтамперная характеристика) имеют падающий участок, напр. тиристоры (рис. 2) или туннельные диоды. Принцип положительной О. с. содержится в явлении вынужденного излучения, на котором основана работа лазеров и мазеров. Возникшая в активной среде или посланная в это в-во извне эл.-магн. волна порождает в в-ве вторичное излучение с теми же частотой, поляризацией и направлением распространения, что и у вынуждающей волны. В результате этого происходит усиление первичной волны. Если часть вынужденного излучения возвращается в объём, занятый активным в-вом, то возникает О. с. Для достижения режима генерации активное в-во помещают в резонатор с достаточно большой добротностью с тем, чтобы потери в нём были меньше энергии, выделенной активным веществом. В квант. устройствах радиодиапазона применяются объёмные резонаторы, в лазерах — открытые оптические резонаторы. О. с. в лазерах положительна только для излучения с определёнными длинами волн l, зависящими от размеров резонатора, содержащего активное в-во.

В основе устройств смычковых музыкальных инструментов и органа также заложена положит. О. с. В смычковых струнных инструментах она образуется за счёт падающего участка на хар-ке зависимости силы трения между смычком и струной от скорости движения смычка (т. н. сухое трение), В органных трубах О. с. образуется между волнами сжатия и разрежения воздуха в трубе и процессом образования вихрей на выходном отверстии. В духовых инструментах язычкового типа положит. О. с. образуется между колебаниями воздуха в объёме трубы и движением язычка (клапана), мимо к-рого продувается струя воздуха.

О. с. в хим., биологич. и др. системах. Отрицат. О. с. приводит к стабилизации режимов в хим. реакторах или поддержанию устойчивого режима жизнедеятельности организма. Напр., постоянство темп-ры теплокровных организмов обязано вз-ствию рецепторов, фиксирующих темп-ру в отд. частях организма, с механизмами тепловыделения и теплообмена, обменом веществ, кровообращением и выделением пота. Процессы О. с. играют решающую роль в протекании таких периодич. процессов, как дыхание и сердцебиение. О. с. может вызывать колебания численности популяций в экологических системах и т. п. Положительная О. с. между спросом и предложением в условиях стихийной рыночной системы приводит к периодическим депрессиям и даже к кризисам капиталистической экономики.