2.1.3.1. Коэффициент усиления

Коэффициент усиления - отношение установившихся значений выходного и входного сигналов усилителя. В зависимости от типа усиливаемой величины различают коэффициенты усиления:

по напряжению ;

по току ;

по мощности ,

где - действующие значения напряжения и токи.

При каскадном соединении нескольких усилительных звеньев произведение их коэффициентов усиления определяет общий коэффициент усиления системы, т. е.

. (2.1.1)

В общем случае коэффициенты усиления являются комплексными величинами, что отражает наличие фазовых искажений усиливаемого сигнала.

В электронике и автоматике широко используют логарифмические единицы оценки коэффициента усиления, который выражается в децибелах. Тогда коэффициент усиления по мощности

. (2.1.2)

Поскольку мощность пропорциональна. квадрату тока или напряжения, для коэффициентов усиления по току и напряжению записать соответственно:

,

. (2.1.3)

Логарифмическая мера оценки удобна при анализе многокаскадных усилителей. Действительно, общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя при переходе к логарифмическим единицам измерения определяется суммой коэффициентов усиления отдельных каскадов, т.е.

.

2.1.3.2 Полоса пропускания усилителя

Полоса пропускания усилителя - диапазон рабочих частот в пределах которого коэффициент усиления не снижается ниже значения от своего максимального значения . Зависимость коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) усилителя. Пример АЧХ показан на рис. 2.1.3, а.

Если восстановить перпендикуляр из точки на оси абсцисс, соответствующей значению , до пересечения с АЧХ, то не представляет труда графическим путем определить полосу пропускания усилителя. Проекция на ось абсцисс первой точки пересечения соответствует нижней ( ), а второй - верхней ( ) частотам пропускания усилителя. Тогда полоса пропускания:

. (2.1.4)

Рис. 2.1.3. Амплитудно-частная (а) и логарифмическая амплитудно-частотная (6) характеристики усилительного устройства

Если коэффициент усиления измеряется в децибелах, то значениям граничных частот усиления и соответствует уменьшение коэффициента усиления на 3 дБ (рис. 2.1.3,6).

Для удобства взаимного сопоставления АЧХ усилителей с различными значениями их обычно нормируют, представляя выходной параметр в виде относительной величины, т.е.

,

где и - коэффициент усиления на частоте и максимальное значение коэффициента усиления.

На рис. 2.1.4 а, б приведены нормированные АЧХ усилителей постоянного и переменного тока.

2.1.3.3 Входное и выходное сопротивления

Входное и выходное сопротивления - важнейшие параметры усилительных устройств. Их значения должны учитываться при согласовании усилительного устройства как с источником входного сигнала (датчиком), так и с нагрузкой. В общем виде значения входного и выходного сопротивлений носят комплексный характер и являются функцией частоты.

в)

Рис. 2.1.4. Нормированные АЧХ усилителей постоянного (а) и переменного (б) токов и появление нелинейных искажений (в) в усилителе.

Последняя зависимость особенно важна в случае действия на входе усилительного устройства непериодического сигнала.

Входное и выходное сопротивления определяются выражениями:

, при ; (2.1.5)

. (2.1.6)

Часто на практике интересуются только активными составляющими входного и выходного сопротивлений. В этом случае для них справедливы следующие выражения:

, при ;

,

где - напряжение холостого хода на выходе усилителя, - ток короткого замыкания ( ).

Выходная мощность усилителя - это та часть мощности, которая может быть выделена в нагрузочном устройстве. В случае активной нагрузки она равна:

,

где - проводимость нагрузочного устройства.