Verstärkung (Physik)

Verstärkung (engl. gain) ist die Vergrößerung einer variablen physikalischen Ausgangsgröße gegenüber einer Eingangsgröße nach einem eindeutigen, möglichst proportionalen Zusammenhang. Dies können in erster Linie mechanische Größen, elektrische Größen oder Licht sein. Vorzugsweise sind dabei Ein- und Ausgangsgröße gleichartig. Mit einem Verstärker, beispielsweise einem elektrischen Verstärker oder einem optischen Verstärker, ist eine Erhöhung der abgebbaren Leistung möglich, wozu Energie zugeführt werden muss.

Der Begriff Verstärkung wird sowohl für Gleichgrößen (z.B. Gleichspannung mit dem Operationsverstärker) als auch für Wechselgrößen (z.B. im Blick auf die Amplitude einer sinusförmigen Schwingung) verwendet. Die Verstärkung ist im Allgemeinen abhängig von Eigenschaften des Eingangssignals. Für die technische Anwendung ist besonders die Abhängigkeit von der Frequenz von Bedeutung.

Für quantitative Angaben verwendet man den Verstärkungsfaktor als das Verhältnis von Ausgangsgröße $S_{2}$ zu Eingangsgröße $S_{1}$ ; er kann eine komplexe Zahl sein:

$T={\frac {S_{2}}{S_{1}}}$

Wenn |T|<1 wird, wenn es also zu einer Abschwächung kommt, gibt man besser den Dämpfungsfaktor $D=1/T$ an. Von diesen beiden Größen verwendet man jeweils diejenige, die im Betrag größer als eins ist, wodurch deren Betrag einen positiven Logarithmus hat.

Häufig wird auch ein Verstärkungsmaß als logarithmische Größe angegeben. Bei gleichartigen Größen, von denen die Leistung quadratisch abhängt, z.B. elektrische Spannungen, Stromstärken oder Schalldrücke, wird das Verstärkungsmaß unter Verwendung des dekadischen Logarithmus mit der Hilfsmaßeinheit Bel (Einheitenzeichen B) gebildet oder unter Verwendung des natürlichen Logarithmus mit der Hilfsmaßeinheit Neper (Einheitenzeichen Np). Beispielsweise für Effektivwerte der Spannung ist

$L_{U}=2\,\lg {\frac {U_{2}}{U_{1}}}{\text{ B}}=20\,\lg {\frac {U_{2}}{U_{1}}}{\text{ dB}}=\ln {\frac {U_{2}}{U_{1}}}{\text{ Np}}$

Siehe auch

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