Wzmocnienie (elektronika)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Wzmocnienie, współczynnik wzmocnienia – w elektronice, stosunek amplitud lub mocy sygnału analogowego wyjściowego do sygnału wejściowego określony dla danego układu elektronicznego, zazwyczaj wzmacniacza. Wzmocnienie jest też zwykle definiowane jako logarytm dziesiętny (rzadziej naturalny) z tego ilorazu, a dotyczy najczęściej mocy, napięcia lub natężenia prądu elektrycznego.

Uwaga
w teorii sterowania dla sygnałów sinusoidalnych definiuje się wzmocnienie układu będące transmitancją widmową.

Oznaczenie i jednostki[edytuj]

Wzmocnienie jest oznaczane dużą literą (wzmocnienie mocy od ang. Gain), (wzmocnienie napięcia) lub (wzmocnienie natężenia) i najczęściej wyrażane w decybelach (dB), choć może być wyrażane również jako V/V, A/A, W/W (lub ilorazy odpowiednich jednostek wtórnych), przy czym w przypadku niestosowania skali logarytmicznej podawanie jednostki nie jest konieczne. W przypadku definicji wzmocnienia z użyciem logarytmu naturalnego jednostką jest neper.

Rodzaje wzmocnienia[edytuj]

Wzmocnienie mocy[edytuj]

Definicja ogólna[edytuj]

Wzmocnienie mocy, w decybelach, jest definiowane jako:

,

gdzie i są mocami odpowiednio na wejściu i wyjściu mierzonego obwodu.

Zaś wzmocnienie mocy w watach na wat:

.

Czasami można spotkać się z odmiennymi definicjami wzmocnienia mocy, mającymi inaczej przyjęte moce wejściowe i wyjściowe (np. w układach RF).

Wzmocnienie mocy średniej[edytuj]

Wzmocnienie mocy średniej (z ang. Avarage Power Gain) dwuwrotnika (np. wzmacniacza mocy) jest definiowane jako:

,

gdzie:

moc średnia wydzielona w obciążeniu,
– moc średnia dostarczona ze źródła do dwuwrotnika.

Używając parametrów macierzy rozproszenia można je przedstawić jako:

,

gdzie:

– elementy macierzy rozproszenia dwuwrotnika,
współczynniki odbicia mocy obciążenia,
.

Wzmocnienie mocy przetwornika[edytuj]

Wzmocnienie mocy przetwornika (z ang. Transducer Power Gain) jest definiowane jako:

,

gdzie:

– moc średnia wydzielona w obciążeniu,
dysponowana moc dostarczona ze źródła do dwuwrotnika.

Źródło sygnału dostarcza do dwuwrotnika moc dysponowaną wtedy, gdy impedancja źródła równa się sprzężonej impedancji widzianej z wrót wejściowych dwuwrotnika.

Ta definicja wzmocnienia jest bardzo często stosowana w układach RF.

Dysponowane wzmocnienie mocy[edytuj]

Dysponowane wzmocnienie mocy ( z ang. Available Power Gain lub Maximum Available Gain (MAG)) definiowane jest jako:

,

gdzie:

– dysponowana moc wydzielona w obciążeniu,
– dysponowana moc dostarczona ze źródła do dwuwrotnika.

Na obciążeniu wydziela się moc dysponowana wtedy, gdy impedancja obciążenia równa się sprzężonej impedancji widzianej z wrót wyjściowych dwuwrotnika.

Wzmocnienie napięcia[edytuj]

Wzmocnienie napięcia w decybelach wyraża się wzorem:

lub równoważnym mu:

,

gdzie:

– napięcie na wyjściowych zaciskach układu,
– napięcie na wejściowych zaciskach układu.

Ponieważ moc można zapisać jako: , to wzór na wzmocnienie mocy przyjmuje postać:

.

W przypadku, gdy wejściowa i wyjściowa impedancja i są sobie równe, wzór powyższy upraszcza się do podanej definicji wzmocnienia napięcia. Wynika z tego, że w przypadku równości podanych impedancji wzmocnienie napięciowe jest równe wzmocnieniu mocy (gdy oba wzmocnienia są podane w decybelach).

Wzmocnienie (natężenia) prądu[edytuj]

Wzmocnienie prądu w decybelach wyraża się wzorem:

lub równoważnym mu:

,

gdzie:

– natężenie prądu na wyjściu układu,
– natężenie prądu na wejściu układu.

Analogicznie jak uprzednio, moc można zapisać wzorem: , wtedy wzór na wzmocnienie mocy przyjmuje postać:

W przypadku, gdy wejściowa i wyjściowa impedancja i są sobie równe, wzór powyższy upraszcza się do podanej definicji wzmocnienia prądu. Wynika z tego, że w przypadku równości podanych impedancji wzmocnienie prądowe jest równe wzmocnieniu mocy (gdy oba wzmocnienia są podane w decybelach).

Bibliografia[edytuj]

  • David M. Pozar, Microwave Engineering, 2nd edition, John Willey&Sons, Inc., 1998, ISBN 0-471-17096-8