Elektrinių signalų stiprinimas

Stiprintuvo ekvivalentinės schemos parametrai apibūdina pagrindines stiprintuvo savybes. Du iš šių parametrų yra stiprintuvo varžos.

Įėjimo varža r_in apibūdina apkrovą, kurią stiprintuvas sudaro signalo šaltiniui. įėjimo varža rin apibūdina apkrovą, kurią stiprintuvas sudaro signalo šaltiniui. Prijungus šaltinį (2 pav.), kurio vidinė įtampa es, stiprintuvą tiesiogiai veikianti įėjimo įtampa u_in priklauso nuo stiprintuvo įėjimo varžos ir signalo šaltinio išėjimo varžos r_s santykio

,

kai  - įėjimo įtampos daliklio koeficientas.

Stiprintuvo išėjimo įtampa e_ex nėra stiprintuvo parametras, nes ji priklauso nuo stiprintuvo įėjimo įtampos ir stiprintuvo įtampos stiprinimo koeficiento.

Atsižvelgiant į tai, kas (e_s ar u_in) laikoma įėjimo signalo parametru ir kas (e_ex ar u_ex) laikoma išėjimo signalo parametru, galimi įvairūs įtampos stiprinimo koeficiento išreiškimo būdai:

K_u = u_ex/u_in , K'_u = e_x/U_in , K''_u = e_ex/e_s , K'''_u = u_ex/e_s

Perdavimo koeficientai ir faktoriai. 6 pav. pavaizduotoje ekvivalentinėje stiprintuvo schemoje panaudoti du ekvivalentiniai įtampos šaltiniai: signalo ir išėjimo. Taip pateikto stiprintuvo stiprinimo savybės apibūdinamos įtampos stiprinimo perdavimo koeficientu K_u = u_ex/u_in . Jei įtampos šaltinius (4 pav.) pakeisime jiems ekvivalentiniais srovės šaltiniais, gausime 7 pav. parodytą to paties stiprintuvo ekvivalentinę schemą.

Šioje schemoje:

Čia i_s ir i – signalo šaltinio ir stiprintuvo ekvivalentinių šaltinių srovės, i_in ir i_ex – stiprintuvo įėjimo ir išėjimo srovės, ξ_i ir ζ_i, – įėjimo ir išėjimo srovių daliklių koeficientai:

Šiuo atveju stiprintuvo stiprinimo savybes patogiau apibūdinti srovės stiprinimo koeficientu K_t = i_ex/i_in .

Galimi mišrūs atvejai. Stiprintuvų signalo šaltinį atvaizdavus ekvivalentiniu įtampos šaltiniu, o stiprintuvo išėjimą – srovės šaltiniu, tokio stiprintuvo stiprinimo savybes apibudintu perdavimo faktorius K_s = i_ex/u_in , turinčiu laidumo dimensiją ir vadinamu stiprintuvo perdavimo laidumu.

Jei signalo šaltinį pavaizduoti srovės šaltiniu, o stiprintuvo išėjimą – įtampos šaltiniu, stiprintuvo stiprinimo savybes apibūdintu perdavimo faktorius K_R = u_ex/i_in , turinčiu varžos dimensiją ir vadinamu stiprintuvo perdavimo varža.

Stiprintuvo stiprinimo savybėms apibūdinti galima naudoti galios stiprinimo koeficientą K_p = P_ex/P_in, kai P_jn = u_ini_in, o P_ex = u_exi_ex

Kadangi u_in = i_inr_in , o u_ex = i_exR_a , visus minėtus koeficientus galima apskaičiuoti naudojantis bet kuria viena ekvivalentine stiprintuvo schema, arba išreikšti juos vieną per kitą.

Automatikoje ir ryšių technikoje plačiai taikomi logaritminiai stiprinimo koeficiento įvertinimo vienetai, išreiškiami decibelais [dB], Galios stiprinimo koeficientas decibelais:

K_P|_DB = 10lg(P_ex/P_in)  = 10lgK_P.

Galia proporcinga įtampos ar srovės kvadratui, įtampos ir srovės stiprinimo koeficientai decibelais:

K_u|_dB = 20lgK_u , K_i|_dB = 20lgK_i .

Stiprintuvų atmainos. Kiekvienas iš keturių anksčiau aprašytų koeficientų ir faktorių stiprintuvo stiprinimo savybes apibūdina vienodai tiksliai, tačiau praktikoje ne visuomet vienodai patogu jais naudotis. Tai priklauso nuo signalo šaltinio vidaus varžos r_s ir stiprintuvo įėjimo varžos r_in, taip pat nuo stiprintuvo išėjimo varžos r_ex ir apkrovos varžos R_a tarpusavio santykių.

Kai signalo šaltinio vidaus varža r_s daug mažesnė už stiprintuvo įėjimo varžą r_m (r_s << r_m), stiprintuvo įėjimo signalo parametru tikslinga laikyti įtampą, o kai signalo šaltinio vidaus varža daug didesnė už stiprintuvo įėjimo varžą (r_s >> r_jn) – srovę.

Analogiškai, kai stiprintuvo išėjimo varža daug mažesnė už apkrovos varžą (r_ex << R_a), stiprintuvo išėjimo parametru tikslinga laikyti įtampą o kai stiprintuvo išėjimo varža daug didesnė už apkrovos varžą (r_ex >> R_a), – srovę.

Stiprintuvo įėjimo arba išėjimo signalų informaciniais parametrais gali būti laikoma ir srovė, ir įtampa. Keturias galimas šių parametrų poras atitinka keturios būdingos stiprintuvo atmainos: (įtampos stiprintuvas (u_in → u_ex), srovės stiprintuvas (i_in → i_ex), pereinamojo laidumo stiprintuvas (u_in → i_ex) ir pereinamosios varžos stiprintuvas (i_in → u_ex), apibūdinti 2.1 lentelėje. Kiekvienai stiprin­tuvo atmainai būdingas savas perdavimo koeficientas (nedimensinis) arba faktorius (turintis dimensiją), siejantis jo informacinius parametrus.

2.1 lentelė. Stiprintuvų atmainos

Stiprintuvo varžos		Stiprintuvo atmaina	Stiprinimo koeficientas (faktorius)
Įėjimo	Išėjimo
rin>>rs	Rex>>Ra	Įtampos	Ku=uex/uin
rin<<rs	Rex<<Ra	Srovės	Ki=iex/iin
rin>>rs	Rex>>Ra	Pereinamojo laidumo	Ks=iex/uin
rin<<rs	Rex<<Ra	Pereinamosios varžos	KR=uex/iin
rin≈rs	Rex≈Ra	Galios	KP=Pex/Pin

Galios stiprintuvo paskirtis kiek galima labiau sustiprinti signalo galią P. Iš vieno keturpolio į kitą didžiausia galia perduodama tada, kai perduodančiojo keturpolio išėjimo varža lygi priimančiojo keturpolio įėjimo varžai, t. y. jos yra suderintos. Todėl, projektuojant galios stiprintuvus, siekiama jų įėjimo varžą padaryti kiek galima artimesnę signalo šaltinio vidaus varžai (r_in≈r_s), o išėjimo varžą - kiek galima artimesnę apkrovos varžai (R_ex≈R_a).