อัตราขยาย (อิเล็กทรอนิกส์)

ในสาขาวิชาอิเล็กทรอนิกส์ อัตราขยาย หรือ เกน (gain) เป็นการวัดความสามารถของวงจรอิเล็กทรอนิกส์สองพอร์ต (มักจะเป็นตัวขยายสัญญาณ) เพื่อเพิ่มพลังหรือความสูง (อังกฤษ: amplitude) ของสัญญาณจากพอร์ตอินพุทไปยังพอร์ตเอาท์พุท^[1]^[2]^[3]^[4] โดยการเพิ่มพลังงานที่ถูกแปลงจากแหล่งจ่ายไฟไปเป็นสัญญาณ มันมักจะถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนเฉลี่ยของขนาดสัญญาณหรือกำลังงานที่พอร์ตเอาท์พุทต่อขนาดสัญญาณหรือกำลังงานที่พอร์ตอินพุต^[1] มันมักจะแสดงค่าโดยใช้หน่วยเป็นเดซิเบล (dB)("dB gain")^[4] อัตราขยายที่มากกว่าหนึ่ง (ศูนย์เดซิเบล) เป็นการขยายสัญญาณและเป็นคุณสมบัติที่กำหนดให้กับองค์ประกอบหรือวงจรแบบแอคทีฟ (อังกฤษ: active element) ในขณะที่วงจรแบบ passive จะมีอัตราขยายน้อยกว่าหนึ่ง^[4]

คำว่า อัตราขยาย เฉย ๆ จะกำกวมไม่ชัดเจนและสามารถหมายถึงอัตราส่วนของเอาท์พุทต่ออินพุตของแรงดันไฟฟ้า (อัตราขยายแรงดันไฟฟ้า) ของกระแส (อัตราขยายกระแสไฟฟ้า) หรือของกำลังงานไฟฟ้า (อัตราขยายกำลังงานไฟฟ้า) ก็ได้^[4] ในด้านเสียงและตัวขยายสัญญาณอเนกประสงค์, โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ออปแอมป์ คำนี้มักจะหมายถึงอัตราขยายแรงดันไฟฟ้า^[2] แต่ในตัวขยายสัญญาณคลื่นความถี่วิทยุ มักจะหมายถึงอัตราขยายกำลังงาน นอกจากนี้คำว่าอัตราขยายยังถูกนำไปประยุกต์ใช้ในระบบเซ็นเซอร์ที่ input และ output มีหน่วยที่แตกต่างกัน ในกรณีดังกล่าวหน่วยของอัตราขยายจะถูกระบุใหม่ เช่นเป็น "5 microvolts ต่อโฟตอน" สำหรับค่าความสามารถในการตอบสนอง (อังกฤษ: responsivity) ของตัวตรวจจับแสง (อังกฤษ: photosensor) เป็นต้น "อัตราขยาย" ของทรานซิสเตอร์สองขั้ว (อังกฤษ: bipolar transistor) ปกติจะหมายถึงอัตราการถ่ายโอนกระแสไปข้างหน้า หรือ h_FE ( "เบต้า" ซึ่งเป็นอัตราส่วนคงที่ของ I_c หารด้วย I_b ที่จุดปฏิบัติการ) หรือบางครั้ง h_fe (อัตราขยายกระแสสัญญาณขนาดเล็ก ความลาดชันของกราฟของ I_c เมื่อเทียบกับ I_b ที่จุดหนึ่ง)

อัตราขยายของอุปกรณ์หรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับความถี่ของสัญญาณที่ใส่เข้าไป ยกเว้นที่ระบุไว้เป็นอย่างอื่น คำนี้หมายถึงอัตราขยายสำหรับความถี่ใน passband ซึ่งเป็นช่วงความถี่ปฏิบัติการของอุปกรณ์ที่ถูกออกแบบไว้ คำว่าอัตราขยายมีความหมายที่แตกต่างกันในการออกแบบสายอากาศ; อัตราขยายสายอากาศจะเป็นอัตราส่วนของความเข้มของคลื่นจากเสาอากาศตามทิศทางต่อ $P_{\text{in}}/4\pi$ (ความเข้มเฉลี่ยของคลื่นจากสายอากาศที่ไม่มีการสูญเสียเลย)

อ้างอิง

1 2 Graf, Rudolf F. (1999). Modern Dictionary of Electronics (7 ed.). Newnes. p. 314. ISBN 0080511988.
1 2 Basu, Dipak (2000). Dictionary of Pure and Applied Physics. CRC Press. p. 157. ISBN 1420050222.
↑ Bahl, Inder (2009). Fundamentals of RF and Microwave Transistor Amplifiers. John Wiley and Sons. p. 34. ISBN 0470462310.
1 2 3 4 White, Glenn; Louie, Gary J (2005). The Audio Dictionary (3 ed.). University of Washington Press. p. 18. ISBN 0295984988.

[Graf-1] 1 2 Graf, Rudolf F. (1999). Modern Dictionary of Electronics (7 ed.). Newnes. p. 314. ISBN 0080511988.

[Basu-2] 1 2 Basu, Dipak (2000). Dictionary of Pure and Applied Physics. CRC Press. p. 157. ISBN 1420050222.

[Bahl-3] Bahl, Inder (2009). Fundamentals of RF and Microwave Transistor Amplifiers. John Wiley and Sons. p. 34. ISBN 0470462310.

[White-4] 1 2 3 4 White, Glenn; Louie, Gary J (2005). The Audio Dictionary (3 ed.). University of Washington Press. p. 18. ISBN 0295984988.

[1]

[2]

[3]

[4]