게인(전자제품)

전자공학에서 게인은 2포트 회로(종종 증폭기)가 일부 전원 공급 장치에서 변환된 에너지를 신호에 추가하여 입력에서 출력^[1][2][3][4] 포트로 신호의 전력 또는 진폭을 증가시키는 능력을 측정하는 것입니다.일반적으로 출력 포트의 신호 진폭 또는 전력과 입력 ^[1]포트의 진폭 또는 전력의 평균 비율로 정의됩니다.이는 종종 로그 데시벨(dB) 단위("dB ^[4]게인")를 사용하여 표현됩니다.1보다 큰 게인(0dB보다 큰)은 액티브컴포넌트 또는 회로의 정의 특성이며 패시브회로는 ^[4]1보다 작은 게인을 가집니다.

게인이라는 용어는 모호하며 입력 전압(전압 게인), 전류(전류 게인) 또는 전력(전력 ^[4]게인)에 대한 출력의 비율을 나타낼 수 있습니다.오디오 및 범용 증폭기, 특히 운영 증폭기 분야에서 이 용어는 일반적으로 전압 ^[2]게인을 가리키지만, 무선 주파수 증폭기에서는 일반적으로 전력 게인을 가리킵니다.또한 게인이라는 용어는 입력과 출력이 다른 단위를 갖는 센서와 같은 시스템에도 적용된다. 이러한 경우 광센서의 응답성에 대해 "광자당 5 마이크로볼트"와 같이 게인 단위를 지정해야 한다.바이폴라 트랜지스터의 "게인"은 일반적으로 h("베타") 또는 h_fe(작은 신호 전류 게인, 한 지점에서 I로_b 나눈_bc I의_c 그래프의 기울기) 중 하나를_FE 말합니다.

전자 장치 또는 회로의 이득은 일반적으로 적용된 신호의 주파수에 따라 달라집니다.달리 명시되지 않은 한, 이 용어는 기기의 의도된 작동 주파수 범위인 통과 대역의 주파수에 대한 이득을 의미합니다.게인이라는 용어는 안테나 설계에서 다른 의미를 가집니다. 안테나 게인은 방향성 안테나에서 P ${\displaystyle {\text{in}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle 4\mathrm{}}$ ({$displaystyle P_{\text{in}}/4\pi$})(무손실 안테나에서 발생하는 평균 방사선 강도)에 $대한{\displaystyle {}_{}}$ 방사선 강도 비율입니다.

로그 단위 및 데시벨

파워 게인

전력 게인(dB)은 다음과 같이 정의됩니다.

${\displaystyle {\text{gain-db}=10\log _{10}\leftfrac {P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}}\right}~{\text{d}}B}},}$

$여기$서 ${\$의 ${\displaystyle {\text{P}}_{}}$는 입력에 가해지는 전력이고, $out$ {\$displaystyle P_{\text{$out}}}은$$ 출력의 전력입니다.

10진수 로그 대신 자연 로그를 사용하여 유사한 계산을 수행할 수 있으며 데시벨 대신 네퍼(neper)가 생성됩니다.

${\displaystyle {\text{gain-np}=bln \leftfrac {P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}}}~{\text{Np}}}}.}$

전압 게인

동력 이득은 Joule의 $제1법칙{\displaystyle }$ P ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {}^{}{2\mathrm{}}^{}}$ /$$ {\$displaystyle$ P$=V^{2}/R$을 사용하여 전력 대신 전압을 사용하여 계산할 수 있습니다. 공식은 다음과 같습니다.

${\displaystyle {\text{gain-db}=10\log {{frac {V_{\text{out}}^{2}} {\frac {V_{\text{in}}}} {R_{\text{in}}}}}~\mathrm {dB}}}.$

대부분의 경우 {\$displaystyle R_{\text{in}}}$의 입력 $임피던스{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{R}}_{}}$과 $출력$ $임피던스{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {\text{R}}_{}}$out {\displaystyle $R_{\text{out}}}}$의 출력 임피던스 R은 같으므로 위의 방정식은 다음과 같이 단순화할 수 있습니다.

${\displaystyle\text{gain-db}=10\log\leftfrac{V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}\right}^2}~{\text{d}B}},}$

${\displaystyle\text{gain-db}=20\log\leftfrac{V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}\right}~{\text{d}}B}}}.$

이 단순화된 공식인 20 로그 규칙은 전압 게인을 데시벨 단위로 계산하는 데 사용되며 입력과 출력의 임피던스가 동일한 경우에만 전력 게인과 동일합니다.

전류 게인

마찬가지로 전력 대신 전류를 사용하여 전력 게인을 계산하면 P ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle {I\mathrm{}}^{}}$ 2 $(\displaystyle$ P$=I^{2}R$로 대체됩니다. 공식은 다음과 같습니다.

${\displaystyle {gain-db}=10\log {I_{\text{out}}^{2}R_{\text{out}}{I_{\text{in}}^{2}R_{\text{in}}}}\오른쪽)}~{\text{d}B}}}.$

대부분의 경우 입력 임피던스와 출력 임피던스는 같기 때문에 위의 방정식을 다음과 같이 단순화할 수 있습니다.

${\displaystyle\text{gain-db}=10\log\leftfrac{I_{\text{out}}}{I_{\text{in}}}}}\right)^{2}~{\text{dB}},}$

${\displaystyle\text{gain-db}=20\log\leftfrac{I_{\text{out}}}{I_{\text{in}}}}}\right)~{\text{dB}}}.$

이 단순화된 공식은 전류 게인을 데시벨 단위로 계산하는 데 사용되며 입력과 출력의 임피던스가 동일한 경우에만 전력 게인과 동일합니다.

바이폴라 트랜지스터의 "전류 게인" $(\$text})$FE}}$ $또는$ ${\displaystyle {\text{hfe}}_{}}${\$displaystyle$ $h_{\text{fe$는 보통 $I_${\$text{c$$}$에 ${\displaystyle {대한}_{}}$ I_${displaystyle$ I_{\$text${c$}}$의 비율($$${\displaystyle {또는}_{}}$ $I_displaystyle$$I_$${\text{c}$의 기울기)로 $$됩니다$.$$(\displaystyle h_{\text{fe}})$

사건을 위의 이득이 될 것이다 무한한 수량, 같은 단위의 비율(데시벨 단위지만 로그 관계 여부를 나타내는 값의 방법보다는 익숙하지 않다).그 양극성 트랜지스터 예제에서 출력 전류의 입력 전류에 비율, 둘 다 암페어로 측정됩니다.다른 기기의 경우 증가 SI단위에 값을 갖게 될 것이다.는 siemens(mhos)에 있는 개방 루프 이득(트랜스 컨덕턴스)이 작전 진공관의 증폭기, 그와 같은 경우, 출력 전류의 입력 전압 때문에 증가는 비율.

예

Q. 한 증폭기와 50ohms의 부하를 운전한다 50ohms의 입력 임피던슸다.할 때가 입력(V에{\displaystyle V_{\text{에}}})는 1볼트의 출력(V을{\displaystyle V_{\text{을}}})은 10볼트라는 겁니다.그것의 전압과 전력 이득은?

a. 전압 이득은 단순히 있다.

${\displaystyle{\text{이득}}={\frac{V_{\text{을}}}{V_{\text{에}}}}={\frac{10}{1}}=10~{\text{V/V}}.}$

유닛이 V/V지만 분명히 이 인물은 전압 이득이 아니라 권력 돈을 벌다 선택 사항이다.권력에 대한 표현을 사용하여, P)V2/R, 전력 이득 있다.

${\displaystyle{\text{이득}}={\frac{V_{\text{을}}^{2}/50}{V_{\text{에}}^{2}/50}}={\frac{V_{\text{을}}^{2}}{V_{\text{에}}^{2}}}={\frac{10^{2}}{1^{2}}}=100~{\text{W/W}}.}.$

다시, 그 단위 W/W 선택 사항이다.권력 더 많보통 데시벨에, 따라서:표현된다.

${\displaystyle\text{gain-db}}=G_{\text{d}B}}=10\log G_{\text{W/W}}=10\log 100=10\times 2=20~{\text{d}B}}}.$

입력과 출력이 모두 동일한 전압 레벨과 임피던스일 때 계수 1(0dB에 상당)의 게인을 유니티 게인이라고도 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

• 이 문서에는 General Services Administration 문서의 퍼블릭도메인 자료가 포함되어 있습니다.