Verstärker-Verstärkung verstehen: Spannung, Strom und Leistung

Die Spannungsverstärkung

Verstärker sind darauf ausgelegt, die Magnitude eines Eingangssignals zu erhöhen. Die Fähigkeit, diese Erhöhung zu quantifizieren, wird als Verstärkung ausgedrückt, das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangs-Magnitude. Ob Sie Leistung, Spannung oder Strom vergleichen, die Verstärkung ist eine dimensionslose Größe, die angibt, wie viel mal der Eingang verstärkt wurde.

In Ingenieurnotation wird Verstärkung durch den Großbuchstaben A dargestellt.

Spannungsverstärkung berechnen

Betrachten Sie einen Verstärker, der ein AC-Spannungssignal von 2 V RMS empfängt und 30 V RMS an seinem Ausgang liefert. Die Spannungsverstärkung berechnet sich als 30 V ÷ 2 V, ergibt einen Gain von 15:

Umgekehrt, wenn die AC-Stromverstärkung eines Verstärkers 3,5 beträgt und er einen AC-Eingang von 28 mA RMS empfängt, ist der Ausgangsstrom 3,5 × 28 mA = 98 mA:

Diese Beispiele referenzieren explizit AC-Signale, weil Verstärker oft unterschiedlich mit AC vs. DC Eingängen verhalten. In vielen Schaltungen ist das Bauelement optimiert, Änderungen oder Variationen – also die AC-Komponente – zu verstärken, während ein stetiger DC-Pegel anders behandelt wird. Daher ist es essenziell zu identifizieren, ob Sie mit AC oder DC arbeiten, wenn Sie Gain berechnen oder anwenden.

Arten elektrischer Verstärker-Verstärkung

Verstärkung kann in Begriffen von Spannung, Strom oder Leistung ausgedrückt werden, und kann sowohl auf AC als auch DC Signale angewendet werden. Hier eine knappe Zusammenfassung:

• Spannungsverstärkung: ΔV_out / ΔV_in (AC-Spannung ÷ AC-Spannung)
• Stromverstärkung: ΔI_out / ΔI_in (AC-Strom ÷ AC-Strom)
• Leistungsverstärkung: P_out / P_in (Leistung aus ÷ Leistung ein)

Das Delta-Symbol (Δ) bezeichnet eine Änderung, was unterstreicht, dass diese Verhältnisse oft auf AC-Variationen bezogen sind.

Wenn mehrere Verstärker kaskadiert sind, entspricht die Gesamtverstärkung dem Produkt der individuellen Gains. Beispielsweise ergibt eine erste Stufe mit Gain 3 gefolgt von einer zweiten mit Gain 5 eine Gesamtverstärkung von 3 × 5 = 15. Ein 1 V Eingang würde somit nach der ersten Stufe 3 V und nach der zweiten 15 V:

In der Praxis prüfen Sie immer das Datenblatt jeder Stufe, um zu bestätigen, dass der kombinierte Gain Ihre Systemanforderungen erfüllt.

ZUGEHÖRIGE ARBEITSBLÄTTER:

• Elementary Amplifier Theory Worksheet