24小時聯系電話:18217114652、13661815404
中文
行業資訊
以 dB 為單位的放大器增益和計算簡介
以 dB 為單位的放大器增益和計算簡介
在電路中，增益一般是指元件、電路、設備或系統的電流、電壓或功率增加的程度。并且以分貝（dB）為單位，即增益的單位一般為dB，是一個相對值。簡而言之，它的一般含義是放大倍數。在電子學中，它通常是系統的信號輸出與信號輸入的比率。例如，天線增益是表示定向天線的輻射濃度的參數。那么，放大器增益是多少？
Ⅰ 放大器增益基本
1.1 含義
放大器增益是輸出功率與輸入功率之比的對數，用來表示功率放大的程度。它也指電壓或電流的放大倍數。而分貝是放大器增益的單位。電子系統的總放大倍數往往是幾千、幾萬甚至幾十萬。例如，一臺收音機從天線接收到的信號到揚聲器的輸出總共需要放大大約20,000倍。以分貝為單位，先取對數，對數要小得多。當放大器級聯時，總放大倍數乘以級數。但總增益以分貝為單位。
1.2 增益以分貝表示
電壓增益Av(dB)=20log(|Av|)
電壓增益值以分貝為單位，等于以 10 為底的對數的 20 倍的絕對值。
當前增益Ai(dB)=20log(|Ai|)
當前增益值（以分貝為單位）等于 20 乘以以 10 為底的對數倍數的絕對值。
功率增益Ap(dB)=10log(Ap)，這里功率增益=輸出功率/輸入功率=輸出電流*輸出電壓/輸入電壓*輸入電流。
為什么要用分貝來表示增益？因為使用多少次的直觀描述是直觀的。但是，有時增益值可能非常大，比如一億倍，不利于寫作和交流。取以 10 為底的對數，結果會小得多。這個原理與我們有時用二進制表示數字，有時用十六進制表示數字的原因相同。此外，分貝表示和放大倍數可以轉換，取其方便使用。
Ⅱ 增益類型
2.1 電壓增益
Av=Vo/Vi表示電壓增益等于放大器的輸出電壓/放大器的輸入電壓，對應的放大器稱為電壓放大器。
??開環電壓增益
在沒有負反饋的情況下，運放的放大系數稱為開環增益，簡稱AVOL。它的理想值是無限的，一般在幾千倍到幾萬倍之間。其表示包括 dB 和 V/mV。例如，μA741C和LM318的AVOL典型值為200V/mV或106dB。在運算放大器中，為了簡化計算，有一個虛擬接地假設，這里假設AVOL一定越大，越容易滿足接地條件。
理想的運算放大器：
1)開環增益是無限的。
2）輸入阻抗無限大，輸出阻抗為0。
3）通帶無限大。
??閉環電壓增益
是指放大電路（或元件）連接到負反饋電路后整個電路的電壓放大系數，是放大電路放大能力的一種表現形式。即：電壓增益=20lg（Uo/Ui）。
??中頻電壓增益
中頻（IF）電壓增益（Avm）是指通帶內的最大電壓增益，即電壓幅值大于0.707Avm的頻率范圍值，中頻電壓增益即為最大增益.
2.2 電流增益
Ai=Io/Ii表示電流增益等于放大器的輸出電流/放大器的輸入電流，對應的放大器稱為電流放大器。
2.3 跨阻增益
Ar=Vo/Ii表示跨阻增益等于放大器的輸出電壓/放大器的輸入電流，對應的放大器稱為跨阻放大器。
2.4 互導增益
A=Io/Vi表示跨導增益等于放大器輸出的電流/放大器輸入的電壓，對應的放大器稱為跨導放大器。
Ⅲ 全差分放大器增益
全差分放大器有四種增益，具體取決于輸入和輸出是共模還是差模。
Adm是指從差分輸入到差分輸出的增益。
Acm是指從共模輸入到共模輸出的增益。
Adcm是指從差分輸入到共模輸出的增益。
Acdm是指從共模輸入到差分輸出的增益。
首先，差分放大器增益希望盡可能大，放大器越大，放大器的性能越好。一方面，Adm 越大越好；另一方面，Acm盡量小，最好等于0。多級差分放大器級聯時，如果第一級輸入端的共模有一定的抖動，且Acm不為0，通過多級功放放大，共模到末級可能變化很大。
廣告管理公司也希望越小越好，最好等于0。如果Adcm不等于0，則第一級放大器的差分輸入會轉換為第二級的共模輸入，然后是后級的共模輸入第二級會影響第三級的差分輸入，形成一個非常糟糕的類似正反饋。
Acdm也希望越小越好，最好等于0。因為差分電路是為了減少共模變化對輸出的影響，自然希望Acdm越小越好。因此，在設計全差分放大器時，首先要使Adm盡可能大，然后保證Acdm盡可能小，最后使Adcm和Acm盡可能小。
Ⅳ 放大器增益計算
一般放大電路中的每個電容只對其頻率響應曲線的一端有很大的影響。因此，相應的等效電路可以分別用于低頻、中頻和高頻的分析。
增益與頻率的關系
放大器電路說明
1) 中頻 (IF)
耦合電路和旁路電容器—短路
晶體管電容—開路
等效電路中沒有電容器
增益表達式將不受頻率影響，即與頻率和電容無關。
2）低頻
等效電路：包括耦合電路和旁路電容，將晶體管的寄生電容、負載電容和內部電容作為開路測試。
增益表達式：包含耦合電路和旁路電容，以及頻率變量。它也是區域 IF(intermediate
frequency) 隨著頻率的增加而表達的。這是因為當頻率接近中頻時，耦合電路和旁路電容容易短路。
3）高頻
等效電路：視為短路（低頻段）。等效電路包括晶體管內部電容、寄生電容和負載電容。
增益表達式：包含晶體管內部電容、寄生電容和負載電容，以及頻率變化。當頻率接近 IF 時，它將是 IF 增益表達式。這是因為此時雜散電容和晶體管往往會開路。
增益函數和拐角頻率
低頻或高頻等效電路
電容：1/sC
電感：sL
增益是復頻率 s 的函數。
由于放大器的交流小信號等效電路的線性度是不變的，所以系統函數（輸出信號與輸入信號的比值）是兩個多項式的比值
分子和分母分別因式分解并寫為：
A(s) 具有以下特點：
1) 對于物理上可實現的線性時不變放大器電路，其中m≤n。也就是說，增益函數A(s)的零點數 ( m )必須小于或等于極點數 ( n )。
2）因為低頻放大器中的電抗元件只有電容，所以放大器的增益函數中的零點和極點都是實數（不包括共軛復數對），極點數與極點數相同獨立電容器。
放大器增益函數可以分為三個不同的頻段來表示，即
中頻時，f L <f<f H，增益A(s)=A M
低頻時，f<f L，增益A(s)=A M F L (s)
高頻時，f> f H , 增益AH(s)=A M F H (s)
1) 中頻( IF ) 增益
等效電路中沒有電容，所以中頻增益是恒定的。
2) 低頻增益
等效電路只包含耦合電容和旁路電容，不包含晶體管內部電容和雜散電容。當頻率接近無窮大時，即s → ∞時，耦合電容和旁路電容相當于短路，它們的等效電路與中頻等效電路相同，所以低頻增益的取值表達式應接近中頻增益 A M，即
，
上式表明低頻增益函數A L (s)中的極點數必須等于零點數。所以F L (s)可以寫成：
一般來說，零點遠小于極點的絕對值，而對于大多數放大等效電路來說，一個極點的絕對值往往遠大于其他極點。此時，
表示為下轉角頻率ω L，近似為p1。F L (s)成為一階高通網格的系統函數，這個極點-p1稱為主極點。
如果沒有主極點，下角頻率ω L的確定就比較困難。確定的f L公式是通過一個F L推導出來的(s)有兩個極點和兩個零點。
將s=jω代入上式，則
取
，則下轉角頻率 ωL 滿足以下公式：
由于ω L大于所有極點和零點，忽略 
上式中的 ，解為
......（一種）
這種關系可以擴展到任意數量的零點和極點。由于零點遠小于極點，上式可以進一步近似為
......(b)
如果-p1是主極點，則ω L =p1，這與前面的分析一致。對于 n 個極點的情況，我們有
......（C）
??目的：確定放大器低頻增益的下轉角頻率F L (s) 。
當知道 時
，計算ω L：
由公式(a)，得到 
公式(b)，得到 
來自主極點的概念，我們可以得到 
精確計算的結果是
（根據上面ω L的推導過程）。
通常，估計的下角頻率ω L大于精確的計算結果。
3) 高頻增益
放大器的小信號等效電路包含晶體管的內部電容和雜散電容，但不包含耦合電容和旁路電容。當頻率接近無窮大時，晶體管的內部電容和雜散電容接近短路，高頻增益接近于零，即 
。
上式表明，放大器的高頻增益函數A H (s)的極點數必須多于零點數。同時，當s → 0時，
晶體管的內部電容和雜散電容接近開路，因此A H (s)應接近中頻增益A M，即 
，都可以寫成 
......(d)
一般來說，零頻率在無窮大或遠高于上角頻率ω H，并且經常有一個極點，其絕對值為比其他磁極小很多，這個磁極-p1稱為主磁極。此時，F H (s)可以近似為 
。
上角頻率ω H約為p1。F H (s)成為一階低通網格的系統函數。如果沒有主極點，可以按照推導過程來確定ω H，即
......(e)
由于零點大于極點，這個方程可以進一步近似為 
......(f)
如果p1是主極點，則ω H = p1。
??目的：確定放大器高頻增益的上角頻率。
當知道時
，計算ω H。
由公式(e)得到 
由式(f)，得 
由主極的概念，可得 
。
通常，估計的上角頻率ω H大于精確計算的結果。
??目的：根據全增益公式計算上下角頻率。
放大器的電壓增益函數稱為 
。
計算：
1) A M , F L (s) , F H (s)
2) 下轉角頻率f L，上轉角頻率和通帶f BW
解：A(s)有兩個零，都在s=0，所以這兩個零應該屬于F L (s)。并且因為零點和極點的數量相等，所以F L (s)也應該包含最小的兩個極點，所以 
它是
。剩下的極點應該屬于F H (s)，根據公式(d)
所以A(
s 
)可以 表示
為
極點的絕對值，并且有一個主導極點-10 2. 所以主極點的概念可以用來求ω L
從中
可以看出，有一個優勢極-10 5。所以可以利用主極點的概念來求ω H；
通帶 
。
Ⅴ 常見問題
1. 你如何計算電子產品的增益？
放大器增益只是輸出除以輸入的比率。增益沒有單位作為它的比率，但在電子學中，它通常被賦予符號“A”，表示放大。然后放大器的增益可以簡單地計算為“輸出信號除以輸入信號”。
2. 放大器的增益是多少？
增益是放大器的輸出電壓與輸入電壓之比，其中 VIN1 和 VIN2 是減去的兩個輸入。在實際電路中，增益將取決于頻率，但讓我們從考慮理想放大器的增益開始。
3. 什么是放大器的電壓增益？
增益被稱為給定放大器如何放大輸入信號的量度，或產生增加輸出的因素。這里，電壓增益是輸出電壓和輸入電壓的比值。
4、什么是電壓增益公式？
當輸入和輸出阻抗相等時，我們可以用電壓表示增益。G [dB]=20log10(V1V2)我不會稱其為“以分貝為單位的電壓增益”。我寧愿說它是分貝增益，根據電壓增益計算得出。
5. 什么是電流增益公式？
電流增益是晶體管中集電極電流的變化與發射極電流的變化之比。... 現在，將發射極電流的變化值代入 5 mA 和 0.99 作為公式 α=△Ic△Ie 中的電流增益，以確定晶體管中集電極電流的變化。
6. 功放的電流增益值是多少？
CB 配置的電流增益稱為 Alpha，(α)。在 BJT 放大器中，發射極電流始終大于集電極電流，因為 IE = IB + IC，因此放大器的電流增益 (α) 必須小于 1（單位），因為 IC 始終小于 IE IB。
7. 共基放大器的最大電流增益是多少？
所謂共基極晶體管放大器是因為輸入和輸出電壓點彼此共用晶體管的基極引線，不考慮任何電源。共基極放大器的電流增益總是小于 1。
8. 如何計算放大器的增益？
放大器增益只是輸出除以輸入的比率。增益沒有單位作為它的比率，但在電子學中，它通常被賦予符號“A”，表示放大。然后放大器的增益可以簡單地計算為“輸出信號除以輸入信號”。
9. 如何計算差分放大器增益？
差分放大器方程
如果所有電阻器的歐姆值都相同，即： R1 = R2 = R3 = R4，則電路將成為單位增益差分放大器，放大器的電壓增益將恰好為 1 或單位。那么輸出表達式就是Vout = V2 – V1。
10. 差分放大器的增益是多少？
差分放大器增益 差分放大器
的增益是輸出信號與施加的輸入信號的差值之比。
11. 如何找到運算放大器的增益？
該計算器根據輸入電阻值 RIN 和輸出電阻值 RF根據公式增益 = RF/RIN計算反相運算放大器的。
12. 什么是理想差分放大器？
因此，理想運算放大器 被定義為具有無限開環增益、無限輸入電阻和零輸出電阻的差分放大器。理想運算放大器的輸入電流為零。...由于理想運算放大器的輸入電阻是無限大的，因此輸入端存在開路，因此兩個輸入端的電流為零。
13. 如何增加差分放大器的差分增益？
為了增加增益，β必須減小。這可以通過增加 R2/R1 的比率來實現。但是，對于固定增益差動放大器，沒有辦法降低對反相輸入的反饋，因為這需要更大的反饋電阻器或更小的輸入電阻器。
14. 為什么運放增益高？
運算放大器固有地具有令人難以置信的高電壓增益，因為它是一個多級差分放大器，旨在提供該高電壓。前兩個階段通過使用電流源和有源負載來促成這一增益。
15. 如何求放大器的電壓增益？
計算時應注意接地部分。使用的公式：放大器的電壓增益AV=V0Vi，或者這可以解釋為電路輸入電壓與輸出電壓的比值。