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分贝的含义

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分贝的含义

附录分贝的含义

在许多交流电压表的刻度盘上有“dB”刻度尺,它是用以测量电平的。dB是分贝的表示符号,而分贝是电平的单位。

1. 电平值与dB数

电信号在传输过程中,功率会受到损耗而衰减,而电信号经过放大器后功率也会被放大。计量传输过程中这种功率的减少或增加的单位叫做传输单位。传输单位常用分贝表示,其符号是dB。

当电能经过某电路进行传输,电路的输入功率为P l,输出功率为P2,那么为了反映电能经过该电路时的变化(损耗或增益),可以取这两个功率的比值来表示。但实践证明,人耳对声音强弱变化的感觉不是与功率变化成正比,而是与功率变化的对数值成正比。为了反映这种人耳的听觉特性,所以取功率比的对数值来定义传输单位,即

贝尔(B)数值=1g(P1/P2)

贝尔这个单位太大,因此实际中常用贝尔的十分之一做基本传输单位,用符号dB表示,于是

分贝(dB)数值=101g(P1/P)

在电信技术中采用传输单位以后,大大简化了有关计算。信号的传输采用多级放大,多级放大电路如图附录3—1所示。电能通过由三个放大电路串联组成的整个电路系统,设话筒放大器I的输入功率为P1,输出功率为P2;电压放大器Ⅱ的输入功率为P2,输出功率为P3;功率放大器Ⅲ的输入功率为P3,输出功率为P4;则电能经过电路I、Ⅱ、III时功率的变化分别为P2/P1,P2/P 3,P4/P3。求电能经过整个电路时的功率变化P4/P1,则由三个电路各自功率变化的连乘积得到,即

P4/P1=( P2/P1) (P3/P2)( P4/P3)

图10-10 多级放大电路

但如果将上式取对数,则

101g (P4/P1)二101g(P2/ P1)( P3 / P2)( P4/P3)]=1g(P2/P1)+1g(P3/P2)+1g(P4/P3)

上式两边同时乘10,则

101g(P4 / P1)二l0lg(P2/ P1)+l0lg(P3/P2)+10lg(P4/P3)

即分贝数值=101g(P4/P1)=101g(P2/P1)+101g(P3/P2)+101g(P4/P3)

可见用传输单位表示时,整个电路功率变化(损衰耗或增益)的分贝数等于每个小网络的功率变化(损耗或增益)分贝数的代数和。显然,采用传输单位后运用的加减法比不用传输单位所采用的乘除法要简单得多。另外,在式l0lg(P2/P1)中,所得分贝数为正值,表示电路对功率产生增加(即放大);P1=P2时,所得分贝数为零,表示电路对功率既无损耗,也无增加:;所得分贝数为负值,表示电路使功率产生了衰耗。

2、信号电平

传输单位(分贝)是表示电信号大小的物理量。电平高意味着电信号强,电平低意味着电信号弱。根据传输单位的定义,电平应是表示电功率变化的相对值,常用对数表示。

若被比较的功率为任意值,所求的电平称相对电平。用电路中某点功率与指定的标准功率比较而确定的电平值叫绝对电平(实用中常省略绝对二字,简称电子)。用做比较标准的功率值有l mW、6mW、1 W等。不同部门不同专业所取的标准不同,电信技术中常用1 mW

作为标准。电平值可能为正,也可能为负。当某点功率大于1 mW 时,绝对电平为正值;某点功率等于1 mW 时,绝对电平为零,叫作零电平;某点功率小于1 mW 时,绝对电平为负值。

以上所述的电平是用功率关系确定的,叫功率电平。电平也可以由电压关系确定,叫电压电平。因为根据R

U P 2

=的关系可有下式 0

12021202101lg 20lg 10lg 10lg 10U U U U R U R U P P ===

式中,Uo ——零电压电平。同理可定义出电流电平。

通常规定600Ω负载上输出1mW 功率作为零功率电平。此时负载电压为

V V PR U 755.0600001.00=?==

所以可将0.775 V 作为零电平电压。有了零电平电压,那么任何一个电压的绝对电平分贝值都可以求出来。这样,电平的测量可以变换成对电压的测量来实现。在万用表中,分贝刻度是与交流电压最低挡相对应的。国产万用表交流电压最低挡多数为10V ,所以10V 刻度尺上0.775V 刻度线就是零dB 刻度线。与此相应,对应于7.75V 的位置就是20dB 刻度线,对应0.245V 处就是-10dB 刻度线,10V 交流刻度尺上其他刻度线所对应的分贝值都可以用以计算方法标出。也有的万用表用对于500Ω负载电阻输出6mW 作为零dB 标准,此时相应的电压电平为U 0=1.732V 。毫伏表有两个零dB 刻度,一个以U 0=0.755V ,称相对分贝刻度,一个以U 0=1V ,称绝对分贝刻度。

3.分贝刻度尺的应用

(1)利用分贝刻度尺,可方便地计算电路的放大倍数或衰减倍数。例如测量出一放大器的输入电压电平为5dB ,输出电压电平为25dB ,则放大器的增益为(25-5)dB=20dB ,利用相对电压电平的计算公式,可知放大器的电压放大倍数和功率放大倍数。

i o U U 201g

20dB =

所以U o /U i =10倍,又 i O P P dB lg

1020=

所以P o /P i =100倍。

(2)分贝量程和扩大。

万用表的分贝刻度尺是以交流电压最低挡(一般是交流10V)刻度的,若被测电平较高,就应用高挡测量,如交流50V 、交流100V ,这时测量结果的读数应是 (基准挡如交流10V 挡时)分贝读数加附加分贝。

例如用交流50V 挡测量时,此时量程为基准挡U(交流10V)的5倍,即5V 。此时,分贝数应为

00201142015201U 5V 201g U U g dB U U g g +=+= 式中第一项为附加分贝数,第二项为基准挡分贝读数。同理,对于交流100V 挡附加分贝数为20dB 。若用其他挡测量时,

测量电压值基准

所用挡的测量电压值附加分贝数g 201= 毫伏表用1V 挡作为分贝刻度尺,所以附加分贝数有负值。

综上所述,所谓电平的测量,实际上是变换成电压的测量实现的。测量电平时,若使用交流电压最低挡,则dB 值可在分贝刻度尺上直接读数;若是用其他挡,则读应加附加分贝数。如果负载电阻不与刻度尺所用的标准电阻相同,其读数要通过换算取得。

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