利得について

質問

wikiによると利得は電力での定義から始まって、電圧利得、電流利得では20logになるとあったのですが、そもそも、なぜ電力の定義からはじめたのでしょうか？

回答No.2

sakadoneko

昔はトランスでインピーダンスマッチングを取るのが一般的だったことが理由として考えられます。
例えばエミッタ接地アンプを二段直列にするとき、ベース入力はインピーダンス中ぐらい、コレクタ出力はインピーダンスが高いので、間にマッチングトランスを入れたほうがトータルの利得を上げられます。
その場合、アンプのスペックとしては、
　出力電力何W
　電力利得何dB
　入力インピーダンス何Ω
　出力インピーダンス何Ω
が分かれば、あとは入出力インピーダンスに合わせたマッチングトランスを用意すれば、入出力電圧・電流は好きなように決められます。
つまりマッチングトランスを活用する場合、電圧・電流はトランスで自由に変えることができるけど、電力はアンプで決まってしまう重要なパラメータなのです。

一方マッチングトランスを使わない場合、電力伝達が最大に行われないので電力利得は最大になりません。
しかし現在ではICの中にトランジスタがたくさん詰め込めます。数で勝負できる時代です。
OPAMPの内部はたいがい、ハイインピーダンスの入力段、電圧増幅段、ボルテージフォロワから構成されていて、非反転増幅器を作れば簡単にハイインピーダンス入力、ローインピーダンス出力の高利得アンプが得られます。
その場合、アンプのスペックとしては、
　出力電圧何V
　電圧利得何dB
が分かれば、あとは直列につなげていくだけ所望の電圧利得が得られます。
最終出力のアンプは、例えばスピーカをつなぐ場合は何W出力か(つまり何A出力か)決める必要がありますが、途中のアンプで問題になることはあまりありません。

なので、現在ではかさばるトランスなど使わずマッチングを取らずに接続し、電圧を軸に設計するのが主流です。
そのため疑問を持たれたのでしょうが、トランスを使うと電圧電流は自由なので、トランスを通しても変わらない電力が、昔は重要なパラメータだったのです。アンプがない時代の電話もきっと、マイクと受話器の間にインピーダンスマッチングトランスが入っていたのかもしれません。

お礼

詳しい説明ありがとうございます。

回答No.1

ymmasayan

利得という考え方(減衰も同じですが)は電話から始まったと思われます。
受話器を鳴らすのは電力です。
だから電力比が重要です。
放送や無線、アンテナなども全て同じです。
アンプやスピーカーも何Ｗで表示しますね。
受信機やマイクなどは電圧表示ですがこれはむしろ特殊です。

まとめると、エネルギー伝達は電力伝送とイコールだということです。

お礼

なるほど、ありがとうございます。