Коэффициент усиления усилителя это

Усилителями электрических сигналов или электронными усилителями называют устройства, увеличивающие эти сигналы за счет энергии внешнего источника.

Усилители могут создаваться на основе различных элементов (транзисторы), однако в общих вопросах все усилители могут быть представлены достаточно едино. Они имеют вход, на который подается усиливаемый электрический сигнал, и выход, с которого снимается усиленный сигнал. Непременной частью всей системы является источник электрической энергии.

Наиболее распространенным принципом усиления сигнала является воздействие входной цепи на электрическое сопротивление выходной цепи. Это воздействие соответствует форме усиливаемого сигнала, и поэтому форма сигнала воспроизводится в выходной цепи.

Существенным требованием к усилителям является воспроизведение усиливаемого сигнала (усиление) без искажения его формы. На практике это требование выглядит как стремление усилить электрический сигнал с наименьшими искажениями.

Возможность усилителя увеличить поданный на его вход сигнал количественно оценивается коэффициентом усиления. Он равен отношению приращения напряжения (силы тока, мощности) на выходе усилителя к вызвавшему его приращению напряжения (силы тока, мощности) на входе:

k_U = , k_I= , .

В зависимости от целей усилители различают по напряжению, силе тока или мощности. В дальнейшем, ради определенности, все иллюстрации и выводы будут относиться к коэффициенту усиления по напряжению, который будет обозначаться без индекса: k.

При усилении сигнала синусоидальной формы в выражениях обычно используют амплитуды входного и выходного сигналов:

Если k имеет значения, не достаточные для получения на выходе сигнала нужного напряжения, то соединяют несколько усилителей. Каждый отдельный усилитель при этом называют усилительным каскадом. Коэффициент усиления усилителя из нескольких каскадов равен произведению коэффициентов усиления всех используемых каскадов:

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8420 — | 8038 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Среди многих показателей, усилительных устройств важнейшими являются коэффициенты усиления. Различают коэффициенты усиления по мощности K_P = Р_ВЫХ/Р_ВХ, по напряжению K = U_ВЫХ/U_ВХ и по току K_Т = I_ВЫХ/I_ВХ. Особенно широко используется коэффициент усиления сигнала по напряжению (поэтому его обычно приводят без индекса), а также сквозной коэффициент усиления по напряжению K_СКВ. Все они определяются при гармоническом входном сигнале в режиме усиления.

Коэффициент усиления по напряжению K представляет собой отношение значения комплексной амплитуды напряжения сигнала на выходе к комплексной амплитуде напряжения сигнала на входе усилителя:

где – модуль коэффициента усиления; φ_K – сдвиг фазы между выходным и входным напряжениями сигнала, возникающий из-за влияния реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и в нагрузке, а также из-за влияния инерционности УЭ.

Сквозной коэффициент усиления по напряжению K_СКВ представляет собой отношение значения комплексной амплитуды напряжения сигнала на выходе усилителя к амплитуде ЭДС источника сигнала:

,

где – модуль сквозного коэффициента усиления по напряжению;

– напряжение источника сигнала;

– сдвиг фазы между выходным напряжением сигнала усилителя и ЭДС источника сигнала.

Сквозной коэффициент усиления по напряжению позволяет оценить усилительные свойства усилителя в целом с учетом входной цепи, что совершенно необходимо при использовании усилителя с обратной связью. Его можно представить в виде произведения коэффициента передачи напряжения входной цепи усилителя и коэффициента усиления по напряжению :

,

где – комплексный коэффициент передачи напряжения входной цепи усилителя, характеризуемый модулем k_1И = U_вх/e_1И и углом сдвига фазы φ_вх между входным напряжением сигнала усилителя и ЭДС источника сигнала.

Коэффициент усиления по току K_T представляет собой отношение установившегося значения комплексной амплитуды тока сигнала на выходе к комплексной амплитуде тока сигнала на входе усилителя:

где – модуль коэффициента усиления по току;

φ_Kт – сдвиг фазы между выходным и входным токами усилителя.

Как видно, в общем случае K, K_СКВ, k_1И и K_Т являются комплексными величинами, зависящими от частоты.

Очень часто представляют интерес коэффициенты усиления и коэффициент передачи входной цепи в области средних частот, где влияние реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителя и инерционных свойств УЭ пренебрежимо мало и сдвиги фаз равны нулю φ_K = 0, φ_вх = 0, φ_Kт = 0, а модули коэффициентов усиления и коэффициента передачи входной цепи не зависят от частоты, являясь действительными величинами:

; ; .

Здесь индекс ноль обозначает средние частоты.

На практике проще всего измерять коэффициент усиления по напряжению, так как в этом случае не надо разрывать цепь для проведения измерений. Он удобен для сравнительной оценки усилительных свойств на различных УЭ, так как измерительных приборов, таких как вольтметр или осциллограф, в лабораториях значительно больше других.

И наконец, коэффициент усиления по мощности K_P представляет собой отношение мощности сигнала Р_вых, отдаваемой усилителем в нагрузку, к мощности сигнала Р_вх, подводимой к входу усилителя от источника сигнала: K_P = Р_вых/Р_вх.

Следует отметить, что иногда применяют так называемый коэффициент усиления номинальной мощности источника сигнала K_Pном = Р_вых/Р_вхном, где Р_вхном = Е 2 _ист/4R_вх – номинальная мощность, отдаваемая источником сигнала на согласованный с ним вход усилителя, т. е. при R_ист = R_вх, когда k_1И = 0,5 и U_вх = 0,5e_1И.

Коэффициенты усиления выражаются как в относительных значениях (в разах), так и в логарифмических единицах – децибелах:

Схема усилителя

Для анализа свойств (показателей и характеристик) усилителя источник сигнала, усилитель и нагрузку представляют в виде эквивалентных электрических схем по сигналу (по переменному току).

Источник сигнала представляют в виде независимого активного двухполюсника, т. е. либо в виде независимого источника ЭДС ė_1И с внутренним (выходным) сопротивлением Ż_1И, как изображено на рис. 5, либо в виде независимого источника тока İ_1И = ė_1И/Ż_1И с параллельно подключенным к нему тем же сопротивлением Ż_1И или, иначе говоря, с выходной проводимостью Ỳ_1И = 1/ Ż_1И, под действием которого (того или другого) на входе усилителя возникают входной ток İ_ВХ и входное напряжение Ů_ВХ сигнала, и, следовательно, к входу подводится мощность сигнала Р_ВХ. Нагрузку представляют обычно в виде сопротивления Ż_2H.

Рис. 5. Режим переменного тока

В общем случае все приводимые в эквивалентных схемах величины (за исключением мощностей) имеют комплексный характер и зависят от частоты сигнала. Это обусловлено нестационарными (переходными) процессами в цепях усилителя, вызываемых влиянием реактивных элементов схемы (индуктивных и емкостных), а также влиянием инерционных свойств УЭ (на высоких частотах). При этом все сопротивления Ż_1И, Ż_ВХ, Ż_ВЫХ и Ż_2Н содержат кроме резистивных составляющих сопротивлений R и реактивные составляющие соответственно ± jX_1И, таким образом, для источника сигнала е_1И внутреннее сопротивление Ż_1И = R_1И ± jX_1И.

Следует отметить, что для практики особый интерес представляют случаи, когда влиянием реактивных составляющих сопротивлений можно пренебречь ввиду их малости, например в области средних частот. В этих случаях все сопротивления становятся резистивными и не зависящими от частоты, Z_2Н = R_2Н, а следовательно, и все ЭДС, напряжения и токи становятся действительными и не зависящими от частоты. Рассмотренные ниже примеры с различными активными четырехполюсниками в целях упрощения анализа приводятся как раз для области средних частот.

Простейший усилитель содержит один УЭ с пассивными элементами связи (ЭС), например резисторами, конденсаторами, трансформаторами, соединяющими УЭ с источником сигнала, с нагрузкой и с источником питания, создающими ему наивыгоднейшие условия работы. На структурной схеме УЭ и ЭС объединяют и представляют одним активным четырехполюсником (рис. 5).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Поскольку усилители способны увеличивать величину входного сигнала, полезно иметь возможность оценивать способность усилителя усиливать с точки зрения отношения выход/вход. Технический термин для отношения величин выход/вход – коэффициент усиления. Как отношение равных единиц измерения (выходная мощность / входная мощность, выходное напряжение / входное напряжение, или выходной ток / входной ток), коэффициент усиления естественно является безразмерной величиной. В формулах коэффициент усиления обозначается заглавной буквой «A».

Например, если на вход усилителя подается переменное напряжение 2 вольта RMS (среднеквадратичное значение), а на выходе получаем переменное напряжение 30 вольт RMS, то коэффициент усилителя по переменному напряжению равен 30, деленное на 2, что равно 15:

Соответственно, если мы знаем коэффициент усиления усилителя и величину входного сигнала, то можем вычислить его величину на выходе. Например, если на усилитель с коэффициентом усиления по переменному току, равным 3,5, подать сигнал с величиной переменного тока 28 мА RMS, то на выходе получим 28 мА, умноженное на 3,5, то есть 98 мА:

В последних двух примерах я специально указал коэффициенты усиления и величины сигналов с уточнением «переменный». Это было сделано намеренно, и иллюстрирует важную концепцию: электронные усилители часто по-разному реагируют на входные сигналы переменного и постоянного тока, и могут усиливать их в разной степени. Другими словами, усилители часто усиливают изменения в величине входного сигнала (переменный ток) при различных коэффициентах, чем постоянные величины входного сигнала (постоянный ток). Конкретные причины для этого слишком сложны, чтобы объяснить их на данном этапе обучения, но об этом факте всё равно стоит упомянуть. При расчетах коэффициента усиления, прежде всего, нужно понимать, с какими типами сигналов и коэффициентов усиления мы имеем дело, с переменным или постоянным током.

Коэффициенты усиления электронных усилителей могут быть выражены в отношении напряжения, тока, и/или мощности, и для переменного, и для постоянного тока. Краткое определение коэффициента усиления состоит следующем: треугольный символ «дельта» (Δ) в математике означает изменение, то есть «ΔUвых/ΔUвх» означает «отношение изменения выходного напряжения к изменению входного напряжения» или, проще говоря, «отношение выходного переменного напряжения к входному переменному напряжению»:

Коэффициенты усиления для сигналов постоянного тока	Коэффициенты усиления для сигналов переменного тока
Напряжение	[A_U = frac<вых>><вх>>]	[A_U = frac<Delta U_<вых>><Delta U_<вх>>]
Ток	[A_I = frac<вых>><вх>>]	[A_I = frac<Delta I_<вых>><Delta I_<вх>>]
Мощность	[A_P = frac<вых>><вх>>]	[A_P = frac< (Delta U_<вых>) (Delta I_<вых>) > < (Delta U_<вх>) (Delta I_<вх>)>]
	[A_P = (A_U)(A_I)]

Если несколько усилителей стоят последовательно, соответствующие коэффициенты усиления этих усилителей формируют общий коэффициент усиления, равный произведению отдельных коэффициентов усиления (рисунок ниже).

Если подать сигнал напряжением 1 В на вход усилителя с коэффициентом усиления 3 на рисунке ниже, на выходе первого усилителя будет сигнал 3 В, который будет усилен в 5 раз вторым каскадом усиления, и в итоге получим на выходе 15 В.

Коэффициент усиления цепи каскадов усилителей равно произведению отдельных коэффициентов усиления.