以分贝 (dB) 为单位的电压增益和电压增益之间的混淆

电器工程 获得 分贝
2022-01-30 17:51:44

电压增益的定义为\$V_{\text{out}}/V_{\text{in}}\$。

但是,我阅读了一些有关分贝增益的文章,现在我感到困惑。

这是一篇关于它的文章:https ://en.wikipedia.org/wiki/Gain#Voltage_gain

在这里,我理解以分贝为单位的功率增益的定义,即 $$ \text{Gain} = 10 \log \left( {P_{\text{out}} \over P_{\text{in}}} \right )\文本{ 分贝} $$

但是,我不明白为什么以分贝为单位的电压增益是 $​​$ 20 \log \left( {V_{\text{out}} \over V_{\text{in}}} \right)\text{ dB} $ $

如果 \$ 20 \log \left( {V_{\text{out}} \over V_{\text{in}}} \right)\text{ dB} \$ 是从 $$ 10 \log {\left ( {V_{\text{out}}^2 \over R_{\text{out}}}\right) \over \left({V_{\text{in}}^2 \over R_{\text{in }}}\right) }\text{ dB} $$ 那么这是功率增益,而不是电压增益,不是吗?但是,维基百科说这是电压增益的公式,以分贝为单位我认为以分贝为单位的电压增益将是 \$ 10 \log \left( {V_{\text{out}} \over V_{\text{in}}} \right)\text{ dB} \$。实际上,该链接页面中的示例部分使用电压增益 \$ V_{\text{out}} \over V_{\text{in}} \$。

为什么\$V^2/R\$突然以分贝为单位从电压增益中出来?

4个回答

正如您所说,分贝是功率比的单位。

\$ G\ [\mathrm{dB}] = 10 \log_{10}\left(\dfrac{P_1}{P_2}\right)\$。

当输入和输出阻抗相等时,我们可以用电压将增益表示为

\$ G\ [\mathrm{dB}] = 20 \log_{10}\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right) \$

我不会将其称为“以分贝为单位的电压增益”。我宁愿说它是分贝增益,根据电压增益计算得出。

有时,即使输入和输出阻抗不同,您也会看到根据此公式以分贝表示的电压增益。这没有技术上的理由——它只是一种通过使用变得普遍的速记实践。

我要说一些你最初可能认为完全错误的事情:

如果一个电路的电压增益是6dB,那么功率增益也是6dB

  • 要产生 6dB 的电压增益,需要 2 的电压增益和 20log(2) = 6.02dB
  • 要产生 6dB 的功率增益,需要 4 的功率增益和 10log(4) = 6.02dB

这意味着您可以谈论增益,而不必担心它是功率增益还是电压增益 - 它是其中之一或两者兼而有之。

对于非dB条件下相同的输入输出阻抗,如果电压增益为G,则功率增益为\$G^2\$。公式对数部分内的平方项在对数部分外变为“乘以 2”项,因此 10dB 变为 20dB。

这不过是一个定义对于功率量,您使用 10。对于场量,您使用 20。

从那个维基百科:

\$10 \log_{10} \frac{a^2}{b^2} \$ 和 \$20 \log_{10} \frac{a}{b}\$ 的等价性是对数的标准性质之一.

这是一个重要的约定,因为在信号链的末端,在通信或音频等领域,电压最终会转化为电源。分贝是来自音频的相对功率度量:衡量长途电话电路中音频电平损失的度量。

贝尔和分贝并非旨在将任意相对测量值减少到对数标度的方法。

例如,我们并不是说 10 kΩ 电阻器的电阻比 5 kΩ 电阻器高 3 分贝!那将是一个笑话,就像 电子艺术(霍洛维茨和希尔)中的那个:

[A] 用于此应用的镀金运算放大器是超低噪声 LT1028,它的噪音降低了 13 dB,而且仅贵了 10 dB [...]

因此,在某些情况下,相对电压测量的 \$10 \log_{10}\$ 刻度可能是有效的,但它只是不被称为分贝,就像花费 10 美元的东西被称为比 1 美元的零件贵 10 分贝一样。