Confusión con el concepto de ganancia de un amplificador

Question

Confusión con el concepto de ganancia de un amplificador

usuario1999

Antes de hacer mi pregunta, quiero escribir brevemente sobre el significado básico de la ganancia de potencia.

A continuación se muestra un modelo de un amplificador:

Muestra la entrada de la fuente y la salida del amplificador de izquierda a derecha. En el medio está el amplificador con la ganancia de voltaje A.

Para simplificar lo anterior, tanto la impedancia de salida de la fuente como la del amplificador es cero.

Entonces, el voltaje en la entrada del amplificador es exactamente v1. Y el voltaje en la salida del amplificador es v2 = A*v2.

Para la potencia de entrada y salida, por lo tanto, p1 y p2, podemos escribir:

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

$p1 = v1^2/Z1$

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

$p2 = v2^2/Z2$

Ahora la ganancia de potencia se define utilizando un registro basado en 10:

Ganancia de potencia (dB) = $10*\log(\frac{p2}{p1})$

que se puede reescribir como:

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

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

Así que finalmente podemos escribirlo como:

Ganancia de potencia (dB) =

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

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

Mi pregunta:

Ahora la segunda parte de la última ecuación de ganancia de potencia me confunde. Es porque, según esa ecuación, la ganancia depende de la impedancia. Solo si Z1 = Z2 podemos omitirlo.

Pero cuando tenemos un amplificador hecho con un amplificador operacional o un solo transistor, ¿por qué nunca hablamos de Z1 y Z2 cuando se trata de ganancia? Decimos "la ganancia del amplificador es tal". Imagine un amplificador hecho con un opamp usando retroalimentación negativa, no puedo ver en la ecuación de ganancia Z1 = Z2. Supongo que si este modelo fuera para un amplificador operacional, Z1 sería la impedancia de entrada y Z2 sería la carga total en la salida. (?) Pero parece que no los tenemos en cuenta cuando derivamos la ganancia de potencia. (?)

Espero poder expresar claramente dónde estoy atascado.

G36

Decimos "la ganancia del amplificador es tal", pero lo que realmente queremos decir es una ganancia de voltaje "A = V2/V1"

usuario1999

Pero algunas veces veo módulos amplificadores hechos y su ganancia se define como dB en la hoja de datos. En tal caso, si la ganancia se da como 20dB, ¿significa eso que en realidad están hablando de ganancia de voltaje v2/v1=10?

G36

Sí, la ganancia de 20 dB es 10 V/V de ganancia de voltaje.

Nick Alexeev

Hecho de la diversión. No existe una definición universalmente aceptada de ganancia. No hay unidades de medida universalmente aceptadas para la ganancia. La ganancia no siempre es adimensional: puede estar en [V/A] en algunos casos o [A/V] en algunos casos. La ganancia es un coeficiente que depende de la naturaleza y la aplicación de un circuito determinado. [fuente: El arte de la electrónica, de memoria]

scott seidman

Z1 puede ser casi infinito en estos días. Piensa en lo que eso hace.

analogsystemsrf

A menudo, la ganancia se mide a 50 ohmios, si se trata de circuitos de RF.

Respuestas (2)

Confusión con el concepto de ganancia de un amplificador

Decimos "la ganancia del amplificador es tal", pero lo que realmente queremos decir es una ganancia de voltaje "A = V2/V1"
Pero algunas veces veo módulos amplificadores hechos y su ganancia se define como dB en la hoja de datos. En tal caso, si la ganancia se da como 20dB, ¿significa eso que en realidad están hablando de ganancia de voltaje v2/v1=10?
Hecho de la diversión. No existe una definición universalmente aceptada de ganancia. No hay unidades de medida universalmente aceptadas para la ganancia. La ganancia no siempre es adimensional: puede estar en [V/A] en algunos casos o [A/V] en algunos casos. La ganancia es un coeficiente que depende de la naturaleza y la aplicación de un circuito determinado. [fuente: El arte de la electrónica, de memoria]
Z1 puede ser casi infinito en estos días. Piensa en lo que eso hace.
A menudo, la ganancia se mide a 50 ohmios, si se trata de circuitos de RF.

Pico de voltaje · Answer 1

Pero cuando tenemos un amplificador hecho con un amplificador operacional o un solo transistor, ¿por qué nunca hablamos de Z1 y Z2 cuando se trata de ganancia?

Todavía debe tenerse en cuenta, sin embargo, en este diagrama las fuentes no tienen impedancia en serie, son fuentes de voltaje infinito (ideal).

En el mundo real, sin embargo, las cosas son diferentes:
la mayoría de las veces, los amplificadores están diseñados para tener una corriente de polarización de entrada muy baja y una impedancia muy alta. Con amplificadores operacionales, por lo general es de uA a fA. Con uA, no tendría que preocuparse por reducir el suministro a menos que la impedancia de la fuente fuera superior a 10 KΩ y la mayoría de las fuentes tienen una impedancia de fuente en ohmios o un rango inferior (pueden generar 10 mA o más).

Supongo que si este modelo fuera para un amplificador operacional, Z1 sería la impedancia de entrada y Z2 sería la carga total en la salida. (?)

Z1 sería la impedancia de entrada (o para un amplificador operacional más comúnmente enumerado es la corriente de polarización de entrada). Este es un amplificador ideal, y su salida es una fuente de voltaje ideal. Un amplificador operacional real también tiene resistencia/impedancia de fuente. (tampoco tiene ganancia infinita)

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

La ganancia de energía puede ser casi infinita (o infinita) para una fuente de voltaje ideal como se describe arriba, lo cual no es inusual si lo piensa, una fuente de voltaje ideal extrae energía de la nada y no está limitada, así que en el ejemplo anterior , puede tener valores locos para la ganancia de potencia.

En lo que respecta a la ganancia de potencia para un amplificador operacional, está limitada por la ganancia de bucle abierto de los amplificadores operacionales. $A_v$ y la impedancia de salida

Ganancia de voltaje:

A_{v} = \frac{V_{o}}{V_{i}}

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

Ganancia de potencia:

\frac{{PAG}_{o tu t}}{{PAG}_{i norte}} = \frac{\frac{V_{o tu t}^{2}}{R_{o tu t}}}{\frac{V_{i norte}^{2}}{R_{i norte}}} = A_{v}^{2} \frac{R_{i norte}}{R_{o tu t}}

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

Ganancia de potencia (en dB):

10 registro (A_{v}^{2} \frac{R_{i norte}}{R_{o tu t}})

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

Pero Rin siempre será más grande que Rout con casi todos los amplificadores del mundo real (la impedancia de salida suele ser inferior a 10 Ω y la impedancia de entrada suele ser superior a 100k), por lo que siempre tendrá una ganancia de potencia de decenas de dB.

Este es un ejemplo de ganancia de potencia para un amplificador operacional: Fuente: https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/07/10/how-to-determine-power-gain-and -ganancia-de-voltaje-en-sistemas-rf

Pero una impedancia de entrada muy, muy alta hace que la ganancia de potencia sea enorme. Mira la segunda parte de la última ecuación 10log(Z1/Z2). Dices que Z1 es enorme como 100Meg y Z2 puede ser kOhms. Esto hace que la ganancia de potencia sea enorme. ¿Es eso correcto?

eliot alderson · Answer 2

Cuando se habla de amplificadores simples, el parámetro de "ganancia" suele ser la ganancia de voltaje, no la ganancia de potencia.

Y sí, la ganancia de potencia depende mucho de la impedancia de carga. Sin una carga no se entregará energía. Si la salida está en cortocircuito, no se entregará energía.

Confusión con el concepto de ganancia de un amplificador

usuario1999

G36

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Nick Alexeev

scott seidman

analogsystemsrf

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