Negative Rückkopplung

Die negative Rückkopplung, auch Gegenkopplung genannt, ist zentrales Element eines Regelkreises: ein Teil der Ausgangsgröße U_A wird so auf den Eingang zurückgeführt, dass er dem Eingangssignal U_E entgegenwirkt. In vielen Systemen sind es solche Regelmechanismen, die Wachstum auf natürliche Art und Weise beschränken und stabilisieren. Auch in der Technik wird das Prinzip vielfältig verwendet. Beispiele für Gegenkopplungen:

Prinzip der Gegenkopplung

• Nimmt in einem Fischbassin die Population von Raubfischen zu, so reduziert sich die individuell verfügbare Nahrungsmenge, was ein weiteres Wachstum verlangsamt, stoppt oder gar umkehrt. (Beispiel: Wator)
• Ein Heizungssystem reduziert beim Erreichen einer bestimmten Temperatur die Zufuhr weiterer Energie. Auf diese Weise wird der weitere Temperaturanstieg gebremst.
• In elektronischen Verstärkern mit Bauelementen wie Transistor oder Elektronenröhre wird durch Gegenkopplung eine Linearisierung der Übertragungs-Kennlinie erreicht, dies führt zu einer Verringerung der Verzerrungen (Klirrfaktor) und einer Linearisierung des Frequenzgangs. Zugleich ist das Ausgangssignal nicht mehr so stark von den Verstärkungseigenschaften des aktiven Bauelements bestimmt.
• In der Biologie findet sich das Prinzip der negativen Rückkopplung u.a. beim Pupillenreflex auf hohen Lichteinfall oder dem Verschließen der Spaltöffnungen bei Trockenheit. Gerade auch in der Endokrinologie wirken die Endprodukte einer hormonellen Achse hemmend auf die Bildung der vorgeschalteten Hormone zurück: So blockiert beispielsweise das Schilddrüsenhormon Trijodthyronin sowohl die Bildung von Thyrotropin-Releasing-Hormon (TRH) aus dem Hypothalamus als auch die des Schilddrüsen-Stimulierenden-Hormons Thyrotropin in der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse). Besonders wichtig sind Rückkopplungen bei der Entstehung biologischer Rhythmen.^[1]

Durch zeitliche Verzögerungen (Phasenverschiebungen) kann eine negative Rückkopplung zur Mitkopplung werden, die Mitkopplung wird auch als positive Rückkopplung bezeichnet, was sich in Regelschwingungen manifestiert. Das muss bei Operationsverstärkern, die fast immer rückgekoppelt sind, durch Frequenzkompensation unbedingt vermieden werden. Dieser Effekt kann aber auch absichtlich verwendet werden, um beispielsweise im Ringoszillator oder im Phasenschiebergenerator Schwingungen zu erzeugen.

Einzelzitate

1. ↑ Albrecht U (Hrsg.): The Circadian Clock. In: Protein Reviews. Band 12, Springer-Verlag, Heidelberg, Berlin, New York, Tokio 2010, ISBN 978-1-4419-1261-9.

Weblinks

• WATOR - Simulation eines Ökosystems (Java-Applet)