Понимание коэффициента усиления: напряжение, ток и мощность

Коэффициент усиления по напряжению

Усилители проектируются для увеличения амплитуды входного сигнала. Способность количественно оценить это увеличение выражается как коэффициент усиления (gain) — отношение выходной величины к входной. Будь то сравнение мощности, напряжения или тока, коэффициент — безразмерная величина, показывающая, во сколько раз вход усилился.

В инженерной нотации коэффициент усиления обозначается заглавной буквой A.

Расчет коэффициента усиления по напряжению

Рассмотрим усилитель, принимающий сигнал переменного напряжения 2 В RMS и выдающий 30 В RMS на выходе. Коэффициент усиления по напряжению рассчитывается как 30 В ÷ 2 В = 15:

Наоборот, если коэффициент усиления по току усилителя равен 3,5, а на входе 28 мА RMS, то выходной ток составит 3,5 × 28 мА = 98 мА:

Эти примеры явно ссылаются на переменные сигналы, потому что усилители часто ведут себя по-разному с переменным и постоянным током. Во многих схемах устройство оптимизировано для усиления изменений или вариаций — то есть переменной составляющей — в то время как постоянный уровень обрабатывается иначе. Поэтому важно определять, работаете ли вы с переменным или постоянным током при расчете или применении коэффициента усиления.

Типы электрического коэффициента усиления

Коэффициент усиления может выражаться через напряжение, ток или мощность, и применяться к переменным и постоянным сигналам. Краткая сводка:

• Коэффициент по напряжению: ΔV_out / ΔV_in (переменное напряжение ÷ переменное напряжение)
• Коэффициент по току: ΔI_out / ΔI_in (переменный ток ÷ переменный ток)
• Коэффициент по мощности: P_out / P_in (мощность на выходе ÷ мощность на входе)

Символ треугольника (Δ) обозначает изменение, подчеркивая, что эти отношения часто относятся к переменным вариациям.

Когда несколько усилителей каскадируются, общий коэффициент равен произведению индивидуальных коэффициентов. Например, первая ступень с коэффициентом 3, за которой следует вторая со коэффициентом 5, дает общий коэффициент 3 × 5 = 15. Вход 1 В станет 3 В после первой ступени и 15 В после второй:

На практике всегда проверяйте даташит каждой ступени, чтобы подтвердить, что совокупный коэффициент соответствует требованиям вашей системы.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

• Рабочий лист: Элементарная теория усилителей