这事儿咱们还得从dB说起。
首先明确一点,dB是一个功率增益的单位,表示一个相对值,dBm是一个功率的单位,表示一个绝对值。有了这两个概念的对比我们再来认识dB。
我们在电子工程领域中,经常会看到dB这个参数,如LDO的电压抑制比是55dB,麦克风的最大声压级为125dB……
先来看看历史由来:
dB展开应写为decibel,其中“deci-”为十分之一,而“bel”则是电话发明人贝尔的名字。
在上个世纪,通信工程师们发现电话线越长,衰减量越大,比如电线出来的某个距离位置,信号衰减就变成了差不多原来的十万分之一以下,这时候在交流这一个现象的时候就得描述到“信号衰减为原来的1/100000”,这个“1/100000”在书写、计算的过程中数值比较多,碰到百万分之一,千万分之一的时候交流起来就更加不方便了,因此通信工程师采用了数学上的“对数”来对该数值进行“包装”,包装后的数值能更加简洁且还能还原到原来的实际数值。
注意:如上的计算是针对功率而言,即:deciBel=10log10[P(out)/P(in)];
而说到dB,最常见的就是3dB了
为什么3dB是半功率点
我们经常听到,+3dB表示增大为两倍,-3dB表示下降为1/2。这是怎么来的呢?
其实很简单,让我们一起看下dB的计算公式:
dB表示功率P1相对于参考功率P0的大小关系。如果P1是P0的2倍,那么:
如果P1是P0的一半,那么:
使用计算器可以计算得出:(lg2 = 0.30102)(lg0.5 = -0.30102)
这里我们可以发现一个很巧妙的地方,用±3dB可以用来表示增大或衰减2倍,这里面得益于log函数的曲线特性,这种特性得以让x与1/x可以得到一个+y与-y,由此映射到dB上会呈现出对称性的±dB为增大或缩减倍数。
所以电子领域常用3dB,没什么神秘的,下降3dB就是指功率下降一半,3 dB点指的就是半功率点。
这里我们想到了另外一个关于3dB的知识点,在放大电路中,通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力,这个通频带,我们也会定义为-3dB的带宽,这里的3dB是怎么定义的呢?
在通频带中的定义3dB有所不同,这里是0.707倍,我们来看一下这是怎么定义的。
对于带宽我们可以粗暴的理解为:系统的有效响应频率范围小于-3dB时的频点。
简单来说,比如一个系统-3dB的带宽是1Khz,那么只要系统输入信号小于1Khz,系统都能正常输出;对于所有超过1Khz的输入信号,会被很大程度地衰减,系统的输出接近为0。
电压增益的计算公式是:
G为增益,A是电压放大倍数(注意:是电压放大倍数),Vo为输出电压,Vi为输入电压。
G=-3dB时,A=0.707,换句话说,我们把系统放大倍数降低到0.707时的频点,定义为系统的带宽,如下图所示。
可能会有人想,为什么一定要根据-3dB来搞一个0.707,而不把放大倍数降低为50%作为系统带宽?放大倍数低于50%的信号被抑制,放大倍数高于50%的信号可以正常通过系统,以50%作为分水岭(阈值)看起来更合理。
这是因为我们看系统的带宽也要从功率(能量)的角度来看待的,上面系统增益的求解公式可改写为下面的公式:
Po是输出功率,Pi是输入功率,Ap是功率放大倍数(注意:是功率放大倍数),当系统增益G=-3dB时,功率放大倍数Ap刚好等于50%。
我们是从功率的角度,以50%作为分水岭,来区分通带和阻带,定义系统带宽的。
可以熟记以下几个典型的dB值
1.典型值:10dB,+10dB表示功率增大为10倍,-10dB表示功率减小为1/10倍,公式推导为:10lg(10) =
10dB;10lg(1/10) = -10dB
2.典型值:0dB,表示输出与输入信号一样大;
3.典型值:30dBm;30dBm --》 10lg1000 --》1W --》0dBW
4.典型值:0dBm;0dBm --》10lg1 --》 1mW --》 -30dBW
这里请大家记住一个口诀。记住了这个口诀,你基本就可以横着走路了。
+3dB, 表示功率增加为2倍; -3dB,表示功率减小为1/2。
+10dB,表示功率增加为10倍;-10dB,表示功率减小为1/10。
可见dB是个相对值,它的使命就是把一个很大或者很小的数,用一个简短的形式表达出来。
这可以极大地方便我们计算和描述。
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