ВХОДНОЕ И ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ.

КОЭФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ

Входное сопротивление Z_ВХ (проводимость Y_ВХ) усилителя или другого устройства – это внутреннее сопротивление (проводимость) между его входными зажимами. В большинстве случаев оно может быть представлено в виде параллельного соединения резистивного (активного) сопротивления R_ВХ (проводимости g_вх =1/R_вх) и ёмкости С_вх. В этом случае полная входная проводимость в комплексной форме Y_вх =g_вх + jωC_вх. Обычно желательно большое R_ВХ (малое g_вх) и малое C_вх. Но если входной сигнал подается по кабелю, то для согласования с ним требуется R_ВХ усилителя, равное волновому сопротивлению кабеля, обычно составляющему 75 или 50 Ом. В некоторых измерительных усилителях иногда требуется R_ВХ → 0 (g_вх → ∞).

Выходное сопротивление Z_ВЫХ усилителя – это внутренне сопротивление между его выходными зажимами. По отношению к нагрузке усилитель является источником колебаний, внутреннее сопротивление которого равно Z_ВЫХ. В области средних частот выходное сопротивление можно считать резистивным (активным). Если усилитель работает на нагрузку, подключаемую через коаксиальный кабель, с которым она согласована, R_ВЫХ должно равняться волновому сопротивлению кабеля во избежание отражений, приводящих к искажениям формы импульсов.

Для усилителей звуковой частоты желательно, чтобы их выходное сопротивление было как можно меньше. Это демпфирует (подавляет) собственные колебания подвижной системы громкоговорителя и ослабляет зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки. Последнее особенно важно для усилителей, работающих на нестабильную нагрузку, например на трансляционную сеть звукового вещания. Применяются специальные показатели: коэффициент демпфирования k_д= R_н/R_вых и коэффициент сброса нагрузки k_с=|U_{вых хх}/ U_вых|=|1+ Z_вых/Z_н|.

Коэффициент усиления или передача напряжения усилителя – отношение амплитудных или действующих значений выходного и входного напряжений (рис. 1.1, а): K_U=U_ВЫХ / U_ВХ. Он определяется в установившемся режиме при гармоническом (синусоидальном) входном сигнале, используется наиболее часто и для простоты в дальнейшем обозначается через K (без индекса).

Отношение

K_скв= U_вых/E_r (1.1)

называется коэффициентом сквозной передачи или коэффициентом передачи ЭДС. Из рисунка 1.1, а следует, что

K_скв=K_вхK, (1.2)

где K_вх= Z_вх/(Z_r+ Z_вх) - коэффициент передачи (в комплексной форме) входной цепи, состоящей из входного сопротивления Z_вх и внутреннего сопротивления, эквивалентного генератора входного сигнала Z_r. Очевидно, что с повышением входного сопротивления увеличивается K_вх, а значит и K_скв.

Коэффициентом усиления тока называется отношение

K_I= I_вых/I_вх. (1.3)

Он используется реже, так как для измерения токов требуется осуществлять разрыв цепей, что трудоемко. Если источник входного сигнала представить в виде эквивалентного генератора тока (рис. 1.1, б), то можно ввести понятие коэффициента сквозной передачи тока K_{I cкв}= I_вых/I_r. Иногда используют также понятия сопротивления передачи Z_п=U_вых/I_вх и проводимости передачи Y_п= I_вых/U_вх.

Отношение мощности усиленного колебания в нагрузке к мощности, подаваемой на вход, называется коэффициентом усиления мощности K_P=P_Н/P_ВХ. Все три коэффициента усиления взаимосвязаны очевидными соотношениями K_P=K_I K, K_I = KZ_вх/ Z_п.

В связи с тем, что громкость слухового восприятия звукового сигнала пропорциональна логарифму его интенсивности, для сравнения мощностей двух колебаний была введена логарифмическая единица бел (названа по имени изобретателя телефона А. Белла). Коэффициент усиления мощности обычно выражают в более мелких единицах – децибелах: K_P, дБ=10 lg K_P.

Если мощности P_н и P_вых выделяются на одинаковых сопротивлениях (R_н = R_вх = R), о их отношение в децибелах можно выразить через отношение напряжений

.

Последнюю запись часто используют для выражения в децибелах коэффициента усиления напряжения даже при R_Н ≠ R_ВХ (хотя это и не корректно), т. е. полагают K, дБ =20 lg K. Логарифмические единицы удобны тем, что позволяют перемножение коэффициентов усиления заменить сложением.