這事兒咱們還得從dB說起。
首先明確一點,dB是一個功率增益的單位,表示一個相對值,dBm是一個功率的單位,表示一個絕對值。有了這兩個概念的對比我們再來認識dB。
我們在電子工程領域中,經常會看到dB這個參數,如LDO的電壓抑制比是55dB,麥克風的最大聲壓級為125dB……
先來看看歷史由來:
dB展開應寫為decibel,其中“deci-”為十分之一,而“bel”則是電話發(fā)明人貝爾的名字。
在上個世紀,通信工程師們發(fā)現電話線越長,衰減量越大,比如電線出來的某個距離位置,信號衰減就變成了差不多原來的十萬分之一以下,這時候在交流這一個現象的時候就得描述到“信號衰減為原來的1/100000”,這個“1/100000”在書寫、計算的過程中數值比較多,碰到百萬分之一,千萬分之一的時候交流起來就更加不方便了,因此通信工程師采用了數學上的“對數”來對該數值進行“包裝”,包裝后的數值能更加簡潔且還能還原到原來的實際數值。
注意:如上的計算是針對功率而言,即:deciBel=10log10[P(out)/P(in)];
而說到dB,最常見的就是3dB了
為什么3dB是半功率點
我們經常聽到,+3dB表示增大為兩倍,-3dB表示下降為1/2。這是怎么來的呢?
其實很簡單,讓我們一起看下dB的計算公式:
dB表示功率P1相對于參考功率P0的大小關系。如果P1是P0的2倍,那么:
如果P1是P0的一半,那么:
使用計算器可以計算得出:(lg2 = 0.30102)(lg0.5 = -0.30102)
這里我們可以發(fā)現一個很巧妙的地方,用±3dB可以用來表示增大或衰減2倍,這里面得益于log函數的曲線特性,這種特性得以讓x與1/x可以得到一個+y與-y,由此映射到dB上會呈現出對稱性的±dB為增大或縮減倍數。
所以電子領域常用3dB,沒什么神秘的,下降3dB就是指功率下降一半,3 dB點指的就是半功率點。
這里我們想到了另外一個關于3dB的知識點,在放大電路中,通頻帶用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力,這個通頻帶,我們也會定義為-3dB的帶寬,這里的3dB是怎么定義的呢?
在通頻帶中的定義3dB有所不同,這里是0.707倍,我們來看一下這是怎么定義的。
對于帶寬我們可以粗暴的理解為:系統(tǒng)的有效響應頻率范圍小于-3dB時的頻點。
簡單來說,比如一個系統(tǒng)-3dB的帶寬是1Khz,那么只要系統(tǒng)輸入信號小于1Khz,系統(tǒng)都能正常輸出;對于所有超過1Khz的輸入信號,會被很大程度地衰減,系統(tǒng)的輸出接近為0。
電壓增益的計算公式是:
G為增益,A是電壓放大倍數(注意:是電壓放大倍數),Vo為輸出電壓,Vi為輸入電壓。
G=-3dB時,A=0.707,換句話說,我們把系統(tǒng)放大倍數降低到0.707時的頻點,定義為系統(tǒng)的帶寬,如下圖所示。
可能會有人想,為什么一定要根據-3dB來搞一個0.707,而不把放大倍數降低為50%作為系統(tǒng)帶寬?放大倍數低于50%的信號被抑制,放大倍數高于50%的信號可以正常通過系統(tǒng),以50%作為分水嶺(閾值)看起來更合理。
這是因為我們看系統(tǒng)的帶寬也要從功率(能量)的角度來看待的,上面系統(tǒng)增益的求解公式可改寫為下面的公式:
Po是輸出功率,Pi是輸入功率,Ap是功率放大倍數(注意:是功率放大倍數),當系統(tǒng)增益G=-3dB時,功率放大倍數Ap剛好等于50%。
我們是從功率的角度,以50%作為分水嶺,來區(qū)分通帶和阻帶,定義系統(tǒng)帶寬的。
可以熟記以下幾個典型的dB值
1.典型值:10dB,+10dB表示功率增大為10倍,-10dB表示功率減小為1/10倍,公式推導為:10lg(10) =
10dB;10lg(1/10) = -10dB
2.典型值:0dB,表示輸出與輸入信號一樣大;
3.典型值:30dBm;30dBm --》 10lg1000 --》1W --》0dBW
4.典型值:0dBm;0dBm --》10lg1 --》 1mW --》 -30dBW
這里請大家記住一個口訣。記住了這個口訣,你基本就可以橫著走路了。
+3dB, 表示功率增加為2倍; -3dB,表示功率減小為1/2。
+10dB,表示功率增加為10倍;-10dB,表示功率減小為1/10。
可見dB是個相對值,它的使命就是把一個很大或者很小的數,用一個簡短的形式表達出來。
這可以極大地方便我們計算和描述。
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