3.3. Коэффициенты усиления усилителей

Усилительные свойства усилителей оценивают различными коэффициентами усиления. Особенно широко используются коэффициенты усиления сигнала по напряжению, току и мощности, а также сквозной коэффициент усиления по напряжению. Все они определяются при гармоническом входном сигнале в установившемся режиме усиления.

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

, (3.8)

где - модуль коэффициента усиления, а _k - угол сдвига 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 К^*=К_E представляет собой отношение установившегося значения комплексной амплитуды напряжения сигнала на выходе усилителя к амплитуде ЭДС источника сигнала:

, (3.9)

где К^* - модуль сквозного коэффициента усиления по напряжению, а _k* - угол сдвига 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 в усилителе обратной связи. Его можно представить в виде произведения коэффициента усиления по напряжению К и коэффициента передачи напряжения входной цепи усилителя К_вх.ц усилителя :

, (3.10)

где – комплексный коэффициент передачи напряжения входной цепи усилителя, характеризуемый модулем и углом сдвига фазы _вх.ц между входным напряжением сигнала усилителя и ЭДС источника сигнала.

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

, (3.11)

где - модуль коэффициента усиления по току, а _кт – угол сдвига фазы между выходным и входным токами усилителя.

Как видно, в общем случае К, К^* (К_Е), К_вх.ц и К_т являются комплексными величинами, зависящими от частоты из-за влияния реактивных составляющих сопротивлений в цепях усилителей и из-за влияния инерционных свойств УЭ. На практике особый интерес представляют эти 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 углы сдвига фаз равны нулю _к=0, _к*=0, _к.вх.ц=0, _Кт =0, а модули коэффициентов усиления и коэффициента передачи входной цепи не зависят от частоты, являясь действительными величинами:

; ;

(3.12)

; .

Следует отметить, что на практике проще всего измерять коэффициент усиления по напряжению, он удобен для сравнительной оценки усилительных свойств усилителей на различных УЭ, а для усилителей на ПТ (и ЭЛ), которые управляются напряжением, он является главным показателем.

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

. (3.13)

Следует отметить, что иногда применяют так называемый коэффициент усиления номинальной мощности источника сигнала

,

где - номинальная мощность, отдаваемая источником сигнала на согласованный с ним вход усилителя, то есть при R_ист=R_вх, когда К_вх.ц=0,5 и U_вх=0,5Е_ист.

Обычно коэффициенты усиления выражаются в относительных значениях (в разах), но нередко их выражают и в логарифмических единицах – децибелах:

K_(дБ) =20lgK ; K*_(дБ) =20lgK* ; K_Т(дБ) =20lgK_Т ; K_М(дБ) =10lgK_М . (3.14)

Для перехода от децибел к относительным значениям пользуются обратными соотношениями:

; ; ; . (3.15)

Следует отметить, что коэффициенты усиления по напряжению, по току и по мощности многокаскадного усилителя могут быть выражены через соответствующие коэффициенты усиления отдельных его каскадов. При этом, если их выражают в относительных значениях, то общие соответствующие коэффициенты усиления многокаскадного усилителя находятся как произведения соответствующих коэффициентов усиления отдельных каскадов, а если их выражают в децибелах, то как их сумма:

; ; ;

; (3.16)

; .

В заключение можно отметить, что ОУ кроме перечисленных коэффициентов усиления характеризуются еще и коэффициентом усиления по синфазному сигналу, что вызвано наличием у ОУ двух сигнальных входов – инвертирующего и неинвертирующего.