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ゲイン圧縮とは、大信号入力に対する増幅デバイスの伝達関数の非線形性によって引き起こされる微分ゲインまたは傾斜ゲインの減少のことである[ 1 ]。
アンプを線形範囲を超えて動作させると、非線形回路特性によりゲイン圧縮が発生します[ 1 ] 。大振幅入力の出力は、アンプの小信号ゲインを使用した場合よりも小さくなるため、入力の増加に比例した出力の増加は得られません。ゲイン圧縮とは、理想的な線形電力伝達曲線と実際の回路の電力伝達曲線との差です。
重要なゲイン圧縮パラメータはOP1dBであり、これは出力電力(OP)が1dB圧縮される入力電力であり、ゲイン比は10 - 1 ⁄ 10 = 79.4%に相当します。
高調波歪みは、非線形な伝達特性によって発生します。そして、アンプの最大振幅に達すると、信号がクリッピングされ、さらに強い高調波歪みが生じます。
非線形性は、電力損失による熱によって引き起こされる可能性がある。また、トランジスタの動作点は温度によって変化する可能性がある。
ゲイン圧縮は、オーディオやRFなど、広いダイナミックレンジを持つあらゆるシステムにおいて重要です。トポロジーの違いから、トランジスタ回路よりも真空管回路でより一般的であり、いわゆる「真空管サウンド」と呼ばれるオーディオ性能の違いを引き起こす可能性があります。ラジオ受信機のフロントエンドRFアンプは、強力な不要信号によって過負荷になると、この現象の影響を特に受けやすくなります。[ 1 ]
真空管ラジオや真空管アンプは、入力信号がデバイスの線形範囲を超えると、音量が一定の点まで増加し、その後、実効ゲインが低下して波形の形状が変化します。この効果はトランジスタ回路でも見られます。効果の程度はアンプのトポロジーによって異なります。
RFアンプにおけるゲイン圧縮は、ソフトクリッピングに似ています。ただし、狭帯域システムでは、増幅後に高調波が除去されるため、ゲイン圧縮のような効果が現れます。多くのRFアンプのデータシートでは、歪み値よりもゲイン圧縮値の方が測定しやすく、非線形RFアンプにおいてはより重要であるため、歪み値よりもゲイン圧縮値が記載されています。
広帯域かつ低周波のシステムでは、非線形効果が容易に観察できます。例えば、出力がクリッピングされます。1 GHzで同じ現象を確認するには、少なくとも 10 GHz の帯域幅を持つオシロスコープが必要です。スペクトラムアナライザで観測すると、基本波が圧縮され、高調波が拾われます。
低雑音RFアンプを指向性アンテナで民生用900MHz受信機に接続すれば、送信範囲が改善されるはずです。実際に効果はありますが、受信機が700MHz付近のUHF局をいくつか受信してしまう可能性があります。
例えば、チャンネル54がAM、FM、PMの信号を6MWで送信している場合、 -80dBmを想定しているRFフロントエンドは著しく過負荷となり、ミキシング生成物が発生します。これはゲイン圧縮の典型的な効果です。
パワーコンプレッションは、スピーカーのボイスコイルが加熱して抵抗値が増加する際に発生するゲインコンプレッションの一種です。これにより、アンプから引き出される電力が減少し、音圧レベルが低下します。
ダイナミックレンジ圧縮は、より一般的な用語で、通常は意図的な圧縮を指し、デジタル領域でもアナログ領域でも行われます。自動ゲイン制御回路は、入力レベルに応じて全体のゲインを積極的に変化させるように意図的に設計されており、その結果、伝達関数は時間とともに変化する可能性があります。一方、ゲイン圧縮は、一般的に望ましくないアナログ増幅回路の非線形性の結果として生じます。