Verwechslung mit dem Verstärkungskonzept eines Verstärkers

Question

Verwechslung mit dem Verstärkungskonzept eines Verstärkers

Benutzer1999

Bevor ich meine Frage stelle, möchte ich kurz über die grundlegende Bedeutung des Leistungsgewinns schreiben.

Unten ist ein Modell eines Verstärkers:

Es zeigt den Quelleneingang und den Verstärkerausgang von links nach rechts. In der Mitte befindet sich der Verstärker mit der Spannungsverstärkung A.

Der Einfachheit halber sind sowohl die Quellen- als auch die Verstärkerausgangsimpedanz Null.

Die Spannung am Eingang des Verstärkers ist also genau v1. Und die Spannung am Verstärkerausgang ist v2 = A*v2.

Für die Ein- und Ausgangsleistung also p1 und p2 können wir schreiben:

P 1 = v 1^{2} / Z 1

$p1 = v1^2/Z1$

P 2 = v 2^{2} / Z 2

$p2 = v2^2/Z2$

Jetzt wird die Leistungsverstärkung mit einem 10-basierten Protokoll definiert:

Leistungsverstärkung (dB) = $10*\log(\frac{p2}{p1})$

was umgeschrieben werden kann als:

10 Protokoll [\frac{\frac{v 2^{2}}{Z 2}}{\frac{v 1^{2}}{Z 1}}]

$10\log[\frac{\frac{v2^2}{Z2}}{\frac{v1^2}{Z1}}]$

Also können wir es endlich schreiben als:

Leistungsverstärkung (dB) =

20 Protokoll (\frac{v 2}{v 1}) + 10 Protokoll \frac{Z 1}{Z 2}

$20\log(\frac{v2}{v1}) + 10\log\frac{Z1}{Z2}$

Meine Frage:

Jetzt verwirrt mich der zweite Teil der letzten Power-Gain-Gleichung. Dies liegt daran, dass gemäß dieser Gleichung die Verstärkung impedanzabhängig ist. Nur wenn Z1 = Z2 können wir es weglassen.

Aber wenn wir einen solchen Verstärker mit einem Operationsverstärker oder einem einzelnen Transistor haben, warum sprechen wir dann nie über Z1 und Z2, wenn es um Verstärkung geht? Wir sagen "die Verstärkung des Verstärkers ist so". Stellen Sie sich einen Verstärker vor, der mit einem Operationsverstärker mit negativer Rückkopplung hergestellt wurde. Ich kann die Verstärkungsgleichung Z1 = Z2 nicht sehen. Ich denke, wenn dieses Modell für einen Operationsverstärker wäre, wäre Z1 die Eingangsimpedanz und Z2 die Gesamtlast am Ausgang. (?) Aber anscheinend berücksichtigen wir sie nicht, wenn wir die Leistungsverstärkung ableiten. (?)

Ich hoffe, ich konnte klar ausdrücken, wo ich feststecke.

G36

Wir sagen "die Verstärkung des Verstärkers ist so", aber was wir wirklich meinen, ist eine Spannungsverstärkung "A = V2 / V1".

Benutzer1999

Aber manchmal sehe ich hergestellte Verstärkermodule und ihre Verstärkung ist im Datenblatt als dB definiert. Wenn in einem solchen Fall die Verstärkung mit 20 dB angegeben wird, bedeutet dies, dass sie tatsächlich von einer Spannungsverstärkung v2 / v1 = 10 sprechen?

G36

Ja, die Verstärkung von 20 dB entspricht 10 V/V einer Spannungsverstärkung.

Nick Alexejew

Lustige Tatsache. Es gibt keine allgemein akzeptierte Definition für Gewinn. Es gibt keine allgemein anerkannten Maßeinheiten für den Gewinn. Die Verstärkung ist nicht immer dimensionslos: Sie kann in einigen Fällen in [V/A] oder in einigen Fällen in [A/V] angegeben werden. Die Verstärkung ist ein Koeffizient, der von der Beschaffenheit und Anwendung einer gegebenen Schaltung abhängt. [Quelle: The Art of Electronics, auswendig]

Scott Seidmann

Z1 kann heutzutage fast unendlich sein. Denken Sie darüber nach, was das bewirkt.

Analogsystemerf

Oft wird die Verstärkung bei 50 Ohm gemessen, wenn es sich um HF-Schaltungen handelt.

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Verwechslung mit dem Verstärkungskonzept eines Verstärkers

Wir sagen "die Verstärkung des Verstärkers ist so", aber was wir wirklich meinen, ist eine Spannungsverstärkung "A = V2 / V1".
Aber manchmal sehe ich hergestellte Verstärkermodule und ihre Verstärkung ist im Datenblatt als dB definiert. Wenn in einem solchen Fall die Verstärkung mit 20 dB angegeben wird, bedeutet dies, dass sie tatsächlich von einer Spannungsverstärkung v2 / v1 = 10 sprechen?
Ja, die Verstärkung von 20 dB entspricht 10 V/V einer Spannungsverstärkung.
Lustige Tatsache. Es gibt keine allgemein akzeptierte Definition für Gewinn. Es gibt keine allgemein anerkannten Maßeinheiten für den Gewinn. Die Verstärkung ist nicht immer dimensionslos: Sie kann in einigen Fällen in [V/A] oder in einigen Fällen in [A/V] angegeben werden. Die Verstärkung ist ein Koeffizient, der von der Beschaffenheit und Anwendung einer gegebenen Schaltung abhängt. [Quelle: The Art of Electronics, auswendig]
Z1 kann heutzutage fast unendlich sein. Denken Sie darüber nach, was das bewirkt.
Oft wird die Verstärkung bei 50 Ohm gemessen, wenn es sich um HF-Schaltungen handelt.

Spannungsspitze · Answer 1

Aber wenn wir einen solchen Verstärker mit einem Operationsverstärker oder einem einzelnen Transistor haben, warum sprechen wir dann nie über Z1 und Z2, wenn es um Verstärkung geht?

Es muss noch berücksichtigt werden, aber in diesem Diagramm haben die Quellen keine Serienimpedanz, sie sind unendliche Spannungsquellen (ideal).

In der realen Welt sieht es jedoch anders aus:
Meistens sind Verstärker so ausgelegt, dass sie einen sehr niedrigen Eingangsruhestrom und eine sehr hohe Impedanz haben. Bei Operationsverstärkern sind es normalerweise uA bis fA. Mit uA müssten Sie sich keine Gedanken über das Herunterziehen der Versorgung machen, es sei denn, die Quellenimpedanz betrug mehr als 10 kΩ und die meisten Quellen haben eine Quellenimpedanz im Ohm- oder niedrigeren Bereich (sie können 10 mA oder mehr liefern).

Ich denke, wenn dieses Modell für einen Operationsverstärker wäre, wäre Z1 die Eingangsimpedanz und Z2 die Gesamtlast am Ausgang. (?)

Z1 wäre die Eingangsimpedanz (oder für einen häufiger aufgeführten Operationsverstärker ist der Eingangsvorspannungsstrom). Dies ist ein idealer Verstärker, und sein Ausgang ist eine ideale Spannungsquelle. Ein echter Operationsverstärker hat auch einen Quellenwiderstand / eine Impedanz. (es hat auch keinen unendlichen Gewinn)

Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Operational_amplifier

Die Leistungsverstärkung kann für eine ideale Spannungsquelle wie oben beschrieben nahezu unendlich (oder unendlich) sein, was nicht ungewöhnlich ist, wenn man darüber nachdenkt, eine ideale Spannungsquelle zieht Strom aus dem Nichts und ist nicht begrenzt, also im obigen Beispiel , können Sie wahnsinnige Werte für den Leistungsgewinn haben.

Soweit die Leistungsverstärkung für einen Operationsverstärker gilt, wird sie durch die Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers begrenzt $A_v$ und die Ausgangsimpedanz

Spannungsverstärkung:

A_{v} = \frac{v_{Ö}}{v_{ich}}

$A_v = \frac{V_o}{V_i}$

Leistungsgewinn:

\frac{P_{Ö u T}}{P_{ich N}} = \frac{\frac{v_{Ö u T}^{2}}{R_{Ö u T}}}{\frac{v_{ich N}^{2}}{R_{ich N}}} = A_{v}^{2} \frac{R_{ich N}}{R_{Ö u T}}

$\frac{P_{out}}{P_{in}} = \frac{\frac{V_{out}^2}{R_{out}}}{\frac{V_{in}^2}{R_{in}}}=A_v^2\frac{R_{in}}{R_{out}}$

Leistungsverstärkung (in dB):

10 Protokoll (A_{v}^{2} \frac{R_{ich N}}{R_{Ö u T}})

$10\log{(A_v^2\frac{R_{in}}{R_{out}})}$

Aber Rin wird bei fast jedem Verstärker in der realen Welt immer größer als Rout sein (die Ausgangsimpedanz liegt normalerweise unter 10 Ω und die Eingangsimpedanz normalerweise über 100 k), sodass Sie immer eine Leistungsverstärkung in der Regel im zweistelligen dB-Bereich haben.

Hier ist ein Beispiel für eine Leistungsverstärkung für einen Operationsverstärker: Quelle: https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/07/10/how-to-determine-power-gain-and -spannungsverstärkung-in-rf-systemen

Aber eine sehr sehr hohe Eingangsimpedanz macht den Leistungsgewinn enorm. Betrachten Sie den zweiten Teil der letzten Gleichung 10log(Z1/Z2). Sie sagen, Z1 ist riesig wie 100 Megabyte und Z2 kann kOhm sein. Das macht den Kraftgewinn enorm. Ist das korrekt?

Elliot Alderson · Answer 2

Bei einfachen Verstärkern ist der "Gain"-Parameter normalerweise die Spannungsverstärkung, nicht die Leistungsverstärkung.

Und ja, die Leistungsverstärkung ist sehr abhängig von der Lastimpedanz. Ohne Last wird keine Leistung geliefert. Wenn der Ausgang kurzgeschlossen ist, wird kein Strom geliefert.

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