Что такое коэффициент полезного действия усилителя

Основные показатели  Свойства усилителей характеризуются рядом эксплуатационных и качественных показателей.

• Коэффициент усиления по напряжению, току или мощности по­казывает, во сколько раз установившееся напряжение (ток или мощ­ность) на выходе усилителя больше, чем на входе, и определяется как отношение напряжения (тока или мощности) на выходе усили­теля к его одноименному значению на входе: Ka = UBЫX/UBХ.; Кт =Iвых/Iвх; Км = Рбых/pвх. Поскольку восприятие органов слуха человека подчиняется ло­гарифмическому закону, то обычно коэффициент усиления выража­ют не в относительных числах, а в логарифмических единицах — де­цибелах: Kн[дБ]=20 lgKH; Kт[дБ]=20 lg Kт; Kм[дБ]=10 lg Км. При выражении коэффициента усиления в относительных числах Kн=10Kн[дБ]/20; Kт=10Км[дБ]/10; Kм = 10Км[дБ]/10. Если усилительное устройство состоит из нескольких последо­вательно включенных каскадов, его общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов К=К1*К2*К3…Кп. Если коэффициенты усиления каскадов выражены в логарифмических единицах, их общий коэффициент усиления равен сумме. 
• Номинальная выходная мощность — наибольшая мощность, от­даваемая нагрузке, при которой искажения не превышают допусти­мые
• Выходная мощность усилителя зависит от напряжения на его входе.
• Номинальное входное напряжение Uex, при котором усилитель низ­кой частоты отдает в нагрузку заданную выходную мощность, назы­вают чувствительностью усилителя. Усилители напряжения обычно характеризуют номинальным выходным напряжением — эффектив­ным напряжением на нагрузке, соответствующим номинальной вы­ходной мощности.
• Коэффициент полезного действия усилителя характеризует его экономичность и определяется как отношение полезной мощности сиг­нала, отдаваемой усилителем нагрузке, к общей мощности, потреб­ляемой им от источника питания 
• Амплитудная характеристика усилителя представля­ет собой зависимость выходного напряжения сигнала от входного, При слишком большом входном напряжении амплитудная характе­ристика искривляется из-за перегрузки усилительных элементов. От­клонение реальной амплитудной характеристики от идеально пря­мой в области малых входных напряжений (или при отсутствии вход­ного сигнала) возможно за счет напряжения собственных шумов Uш в выходной цепи. 
• Динамический диапазон усилителя — отношение (выраженное в децибелах) максимального входного напряжения сигнала к минимальному DдБ — 201g (Uвх.макс/Uвх.мин). Минимальное напряжение сигнала на входе усилителя ограничивается его собственными шума­ми или уровнем помех, а максимальное — искажениями, которые воз­никают в усилителе вследствие нелинейности характеристик усили­тельных элементов. Если динамический диапазон сигнала больше динамического диапазона усилителя, возникают искажения, для уменьшения которых сжимают диапазон сигнала с помощью ручной или автоматической регулировки усиления. Передача будет хорошей, если соотношение воспроизводимых мощностей составляет 106, что соответствует отно­шению напряжений 103, т. е. динамический диапазон усилителя D=201gl03=60 дБ.
• Частотная характеристика усилителя представляет собой зависимость его выходного напряжения или коэффициента усиления К от частоты f усиливаемых колебаний. При снятии частот­ной характеристики напряжение на входе усилителя поддерживает­ся постоянным.По частотной характеристике можно определить частотные иски­жения. Для удобства их определения строят частотную характеристи­ку в логарифмическом масштабе. Если усилитель не вносит искаже­ний, его частотная характеристика линейна . В реальных усилителях коэффициенты усиления на нижних Кв и верхних часто­тах (из-за влияния реактивных сопротивлений) меньше или больше коэффициента усиления Ко на средних часто­тах.
• Частотные искажения, обусловленные непостоянством коэффи­циента усиления по частоте, тщенива ют коэффициентом частотных ис-кажений, определяемым как отношение коэффициента усиления на средней (обычно 1000 Гц) частоте к коэффициенту усиления на рас­сматриваемой частоте: M=Ko/Kf. В области спада частотной характеристики М>1 , а в области подъема M<l. Если неравномерность частотной характеристики превышает ±25% (М=0,75-М,25), то частотные искажения стано­вятся заметными на слух. Для оценки неравномерности частотной характеристики коэффициент М удобно выражать в децибелах: МдБ =20 lg М=20 lg K0/Kf=20 lg Kо-20 lg Kf=K0pp- KдБ . Поло­жительная величина Л1дБ соответствует спаду, а отрицательная — подъему частотной характеристики, что следует учитывать при ее построении. В многокаскадных усилителях с коэффициентами час­тотных искажений mi, Mz, …, Мп общий коэффициент M=Mi-M2X iX…Afn. Очевидно, если одни каскады имеют спад, а другие — подъем час­тотной характеристики, это приводит к взаимной компенсации час­тотных искажений и исправлению (коррекции) частотной характе­ристики.
• Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) оценивает­ся областью частот, в пределах которой .частотные искажения не превышают заданных. Обычно полоса пропускания лежит между граничными частотами fH и fB, на которых коэффициент усиления меньше на 3 дБ по сравнению с его значением на средних частотах. При ослаблении верхних частот звук становится глухим, басящим, а при малом усилении в области низких частот — металлическим, звенящим. Звуковые колебания, слышимые ухом человека, находятся в пределах 20 — 20000 Гц. Хорошее качество звучания можно получить при боспроизведении полосы частот 50 — 10000 Гц, а удовлет­ворительное — 100 — 6000 Гц. Усилители систем телефонной связи, где важна разборчивость, а не натуральность речи, выполняют с болеб узкой эффективно передаваемой полосой частот (300 — 3400 Гц).
• Фазовые искажения, вносимые усилителем, оценивают по его фазовой характеристике, которая отражает различие фазовых сдви­гов ф между выходным и входным напряжени-ями отдельных состав­ляющих усиливаемого сигнала Если коэффициент усиле­ния усилителя одинаков для всех гармоник входного сигнала (т. е. усилитель не создает частотных искажений) и все гармоники слож­ного сигнала сдвигаются усилителем на одно и то же время (т. е. угол сдвига фаз, вносимый усилителем, пропорционален частоте), форма выходного сигнала повторяет форму входного без искажений.
• Нелинейные искажения проявляются в искажении формы выход­ного сигнала и объясняются нелинейностью входных и выходных ха­рактеристик транзисторов, электронных ламп, а также наличием в схеме других нелинейных элементов (трансформаторов, дросселей с нелинейными кривыми намагничивания материала сердечников).Чем выше нелинейность усилителя, тем больше гармоник и ком­бинационных частот в выходном сигнале усилителя, влияющих на характер звучания (возникает треск, речь становится хриплой, сни­жается разборчивость).Количественно нелинейность усилителя оценивают коэффициентом нелинейных искажений, определяемым как отношение действующего значения всех высших гармоник тока или напряжения, появившихся в выходном сигнале, к действующему току или напряжению первой гармоники (при активном сопротивлении нагрузки и подаче на вход усилителя синусоидального напряжения)Влияние гармоник выше третьего порядка на форму выходного сигнала невелико. Допустимая величина Кг зависит от назначения усилителя: для высококачественного звуковоспроизведения речи и музыки усилителем — 1 — 2 %, для телефонии — до 10 %.